太阳光泵浦Nd:YAG激光器的研究

摘要

空间的太阳辐射不受昼夜气候影响，辐射能流密度大，可被用来直接或间接泵浦固体激光器。在间接泵浦时，将太阳光能转化为电能，用电激励半导体激光器，产生的半导体激光泵浦固体激光器。这样太阳光转化为激光的过程非常繁琐，效率偏低。利用直接泵浦则可以省略中间的能量转换过程，从而提高了光.光转换效率，简化了激光器结构和操作步骤。所以，利用太阳光直接泵浦激光晶体实现激光输出具有重要意义。
　　本文首先阐述了太阳光直接泵浦Nd：YAG激光器的发展历史及应用前景。然后对空间太阳光辐射特点、Nd：YAG激光晶体的性质做了介绍，通过建立太阳光谱离散化模型对Nd：YAG激光晶体吸收光谱与太阳光谱的匹配程度进行了分析。从四能级速率方程出发建立了太阳光直接泵浦Nd：YAG激光器的理论模型，根据此模型对激光器各项性能参数进行计算并对结果进行了比较分析，确定了适合实验的晶体尺寸。提出了适合整个系统的锥形聚光腔，通过环形膜实验证明了其合理性。结合计算和分析，对实验进行了总体设计并完成了实验装置的搭建。最后通过有限元法利用ANSYS软件对激光晶体在锥形聚光腔内工作时产生的热效应进行了分析。