高功率激光二极管阵列侧面抽运Nd:YLF激光放大器的研究

摘要

该文从理论及实验上分析研究了高功率LDA侧面抽运Nd:YLF激光放大器的放大特性,所做得主要内容包括:1、从交叠积分及输运方程出发,对激光放大器的放大特性进行了理论分析,对激光放大器的增益特性、能量转换效率特性及能量输出特性进行了相关的理论研究及计算模拟.2、设计、制造并成功运行了高功率LDA侧面抽运棒状Nd:YLF的激光放大器及一套两级双程离轴放大系统.实验中对LDA及Nd:YLF棒进行了有效的温度控制,同时采取了精确的延时措施,提高了激光放大器的转换效率和稳定性.实验得到了激光放大器及放大系统的增益特性、输出能量特性及能量提取效率特性与放大器LDA的抽运电流、放大脉冲与放大器LDA抽运电流之间的延时及注入能量之间的关系.实验结果表明:采用侧面直接抽运耦合系统的激光放大器有均匀的抽运光分布场和增益分布场.注入能量为20μJ时,两个激光放大器的双程离轴小信号增益为5.35和5.25;在5mm×5mm软光阑处注入能量为27μJ时,放大系统小信号净增益近600倍,输出能量为5.7mJ,能量提取效率为0.86﹪;注入1.58mJ能量时,放大系统输出能量为129.2mJ,能量提取效率达到19.5﹪,实验结果与理论分析和模拟结果基本一致.3、采用光线追迹和有限元方法,对高功率LDA重复脉冲侧面抽运Nd:YAG激光放大器中棒的瞬态温度分布进行了详细的计算模拟,分析比较了不同抽运阶段、抽运频率及占空比的情况下,棒内的瞬态温度分布.模拟结果表明:高功率LDA侧面重复脉冲抽运时,棒内温度随抽运频率和占空比的增大而增大,棒横截面内圆心处温度随时间变化成锯齿形分布,最后温度随时间成周期性变化.4、注入光源采用高功率LDA侧面抽运棒状Nd:YLF的电光调Q振荡器,振荡器使用设计新颖的双台阶Q开关驱动器及低压KTP晶体作为电光调Q开关.实验结果表明:电光调Q振荡器输出激光脉冲时间抖动小于4ns,脉冲宽度小于6.7ns,输出能量可达1.16mJ,单纵模几率为100﹪,单脉冲能量稳定度为3﹪,脉宽稳定度为4﹪.该文对高功率LDA侧面直接抽运Nd:YLF激光放大器及放大系统进行了详细的理论分析及实验研究.其结论可为设计、研制及优化高功率LDA侧面直接抽运固体激光放大器提供参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

§1.1二极管抽运固体激光器(DPSSL)的研究意义

§1.2二极管抽运固体激光器的发展

§1.3二极管抽运固体激光器的特点

§1.4二极管抽运固体激光器的应用

§1.5参考文献

第二章高功率LDA侧面抽运激光放大器理论研究

§2.1 LDA侧面直接抽运模型

§2.1.1交叠积分对增益特性的影响

§2.1.2LDA温度对增益特性的影响

§2.2重复脉冲激光放大器中棒的瞬态温度分布

2.2.1热沉积及温度分布理论基础

2.2.2计算结果及分析

§2.3 LDA抽运激光放大器的增益特性

§2.3.1激光放大器的放大理论

§2.3.2增益特性模拟结果

2.4参考文献

第三章激光放大系统的实验研究

§3.1激光放大器的结构

§3.2激光放大系统的实验装置

§3.3电光调Q单纵模振荡器

§3.3.1实验装置

§3.3.2选频机理

§3.3.3实验结果

§3.4预放大系统、90°转子及扩束系统

§3.5两级双程离轴放大系统

3.10参考文献

第四章、激光放大器的实验结果及结论

§4.1激光放大器的振荡器特性

§4.2激光放大器的放大特性

§4.3放大系统的特性

§4.3.1小信号注入能量放大特性

§4.3.2不同注入能量的放大特性

§4.2参考文献

第五章结论及其讨论

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