LD双端端面泵浦的高功率连续单频Nd：YVO激光器

摘要

激光二极管泵浦的固体激光器具有全固态、小型化、效率高、使用方便等优点而受大家的广泛关注,尤其是实现单频运转的全固态激光器以其优良的频率特性和输出功率稳定性可广泛应用在相干信息处理、频率计量、量子光学、引力波测量和量子信息等研究领域.在高功率全固态单频连续激光器研究方面,国外相干公司已有10W全固态单频绿光激光器商业化产品,国内山西大学光电研究所进行了一系列研究工作,并有300mW全固态单频绿光激光器商业化产品,并有瓦级全固态单频绿光和红外激光器的研制报道.出于技术发展及研究工作的需求,我们在原有工作的基础上,开展了高功率全固态连续单频激光器的研制.在该文中,我们研制了高功率连续单频Nd:YVO4激光器.在考虑激光晶体因吸收泵浦光而产生的热效应的基础上,设计了六镜环行激光谐振腔,采用两个光纤耦合输出的高功率激光二极管双端端面泵浦结构,在总泵浦功率为32.3W的情况下,获得10.4W的单频1.064μm红外输出,斜效率为43.7％,长期功率稳定性优于1％(4小时),激光器自由运转时的频率漂移小于150MHz(1分钟).从理论与实验两方面分析了如何在高泵浦功率下使激光器实现稳定高效的单频运转,为高功率连续单频激光器的优化设计提供了理论与实验依据.该文共分为五部分:第一章:绪论.对半导体激光二极管泵浦的固体激光器的发展做一简单介绍.第二章:LD端面泵浦固体激光器的理论分析.在该章中,我们首先从四能级激光系统空间速率方程理论出发,得到了阈值泵浦功率、输出功率和斜效率的表达式.接下来分别从泵浦光的空间分布以及激光晶体内振荡光与泵浦光的模式匹配两个方面来分析它们对激光器输出特性的影响.其中,在泵浦光的空间分布变量中我们分别考虑了泵浦光聚焦后的腰斑大小、聚焦腰斑在增益介质中的位置以及泵浦光在介质中发散角的影响;然后我们研究了在高泵浦功率下激光晶体因吸收泵浦光而产生的热效应所导致的热透镜效应以及热致衍射损耗,通过分析它们对振荡激光腔模尺寸的影响,得到了高功率半导体激光二极管端面泵浦固体激光器模式匹配的要求,为高功率连续单频Nd:YVO4激光器的优化设计提供了理论依据.第三章:高功率单频Nd:YVO4激光器谐振腔的设计.在该章中,根据理论分析的结果设计了高功率单频Nd:YVO4激光器的谐振腔.第四章:高功率单频Nd:YVO4激光器的实验装置及实验结果.第五章:总结与展望.

目录

第一章绪论

1.1激光二极管泵浦的固体激光器的发展过程

1.2DPSL的主要特点及主要泵浦方式

1.3全固化单频激光器的发展及本论文的主要工作

第二章LD端面泵浦固体激光器的理论分析

2.1引言

2.2四能级系统输入输出特性分析

2.2.1空间速率方程理论

2.2.2阈值泵浦功率以及输出功率、斜效率的表达式

2.3泵浦光和振荡光的空间分布对激光器输出特性的影响

2.3.1泵浦光的空间分布变量对激光器输出特性的影响

2.3.2激光晶体内振荡光与泵浦光的模式匹配要求

第三章高功率单频Nd：YVO4激光器谐振腔的设计

第四章高功率单频Nd：YVO4激光器的实验装置及实验结果

4.1高功率单频Nd：YVO4激光器的实验装置

4.2实验结果及讨论

第五章总结与展望

参考文献

附录

致谢

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