高功率二极管端泵浦板条激光放大特性研究

摘要

二极管端泵浦的板条激光器作为固体激光器领域非常重要的一支，在国防，工业，医疗和科学研究等方面有着广泛的应用。因在高功率激光方面有着较为突出的优势,板条激光器成为了当前国内外研究的热点，如何得到较高的输出功率而且光束质量又好的激光是科研工作者一直追求的目标。因此，研究高功率二极管泵浦条件下，板条激光器放大特性有着非常重要的现实意义。
　　本论文理论分析了 Nd:YAG晶体作为板条激光器的增益介质良好的物理、机械特性和板条Zig-zag光路条件下稳定态放大的理论公式。运用几何光学的方法分析了板条的入射角选取，以避免随意角度入射出现的光束劈裂现象；给出了光束填充因子的定义，它是关系着输出功率的大小和提取效率的高低一个非常重要的参数，并计算了不同入射角度和切角条件下填充因子的变化关系。完成了表征着储能大小增益系数的理论分析，实验测得小信号增益系数，与理论计算的结果较为符合。
　　对于激光放大器来说，增益模块是非常重要的组成部分之一，为了了解它性能的优劣，研究了高功率条件下增益模块的投射波前畸变。实验中采用夏克-哈特曼法来获取相位波前的信息，选取一块静态波前畸变PV值较小板条增益模块进行高功率下的实验研究。在泵浦光为5700W时，无信号激光注入时测试板条模块的透射波前畸变值为3.49μm，在注入信号激光为3120W时，透射波前畸变值为3.41μm。
　　在高功率二极管端泵浦条件下，模拟了不同入射角度、不同注入功率密度和光束尺寸对输出功率的影响以及注入功率密度对能量提取效率的影响。根据理论的分析，搭建放大器的实验光路，选取了合适的入射角度和光束尺寸，进行了放大器的输出功率和激光波前畸变的测量。获得了注入8900W信号光放大后10810W激光输出和此时激光为3.37μm波前畸变值。功率稳定输出的时间持续67s，得到光束质量β平均值为9.06倍衍射极限。

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第一章 绪论

1.1半导体泵浦的固体激光器

1.2 传统的板条激光器

1.3传导冷却端面泵浦板条激光器

1.4 本文的主要内容

第二章 板条放大器的基本理论

2.1 板条放大器增益介质特性

2.2 板条光放大理论分析

2.2.1 Nd:YAG四能级的速率方程

2.2.2 板条光放大的理论

2.4 本章小结

第三章 端面泵浦板条增益模块

3.1 板条增益模块的组成

3.2 板条介质的几何光学分析

3.2.1 入射角度的选取

3.2.2 填充因子

3.3 高功率二极管激光器泵浦源

3.4 小信号增益系数的研究

3.5 高功率二极管端泵浦板条模块波前畸变分析

3.5.1 热致波前畸变的理论分析

3.5.2 板条模块波前畸变的测试方法

3.5.3 板条模块波前畸变的实验研究

3.6 本章小结

第四章 高功率泵浦Nd:YAG板条放大器的数值计算和实验研究

4.1 放大器输出功率的影响分析

4.2 提取效率的影响分析

4.3 高功率二极管端泵浦板条放大器的实验研究

4.3.1 水电系统和实验装置介绍

4.3.2 板条放大器的实验研究和结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果