二极管侧面泵浦的Nd：YAG薄片激光器

摘要

二极管泵浦的薄片激光器相比于传统的全固态激光器有两个明显的优势，一是薄片激光器增益介质的热流平行于激光腔腔轴，近一维的热流分布导致腔内的热透镜效应大大减弱，热应力诱导双折射可忽略；二是薄片激光器增益介质冷却表面大，增益介质薄片的热耗散功率大大提高。使得薄片激光器在获得高功率激光输出的同时保持高效率和高光束质量，成为近二十年来全固态激光器的重要进展之一。 薄片激光器有端面泵浦与侧面泵浦两种方式，端面泵浦方式采用光纤耦合输出、或聚焦于石英棒输出的泵浦光，产生均匀分布的光束包络，从端面泵浦薄片增益介质，未被吸收的泵浦光经多次反射后，可实现90％以上的泵浦吸收。侧面泵浦方式是直接将泵浦光从薄片增益介质的几个侧面传输入。比较两种泵浦方式，侧面泵浦不仅光学系统结构简化、泵浦光无需光纤耦合，有利于激光器整体效率的提高，而且可通过增大介质薄片的面积，增加通光口径，避免由于口径限制而引起过大的热负荷，进而降低晶体单位面积内的热耗散功率密度，进一步发挥薄片激光器的潜力。 本文通过二极管侧面泵浦薄片激光器晶体内光分布的数值模型计算了晶体内光斑实现均匀分布情况下的Nd:YAG晶体尺寸，然后将Nd:YAG晶体与非掺杂的YAG晶体热键合，再将热键合晶体镀膜，铟焊于铜热沉上，最后将激光器组装。为了实现高的功率及好的光束质量的激光输出，我们还设计了不同的实验，对各种参数进行优化，同时还进行了相关的理论研究。获得了光光转换效率为33.5％，峰值功率为230W，光束参数乘积为21.6mm*mrad的激光输出。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1全固态激光器(DPL)概述

1.2全固态激光器(DPL)研究背景和现状

1.3激光二极管泵浦薄片激光器综述

1.3.1引言

1.3.2薄片激光器研究背景和现状

1.4本论文的选题背景，内容及意义

第2章薄片晶体泵浦的均匀性

2.1、薄片晶体掺杂物质的选择

2.1.1、Yb：YAG激光性能的分析

2.1.2、Nd：YAG激光性能的分析

2.2、侧面泵浦薄片激光器结构和数值模型

2.2.1、侧面泵浦薄片激光器结构

2.2.2、晶体内光分布的模拟条件

2.2.3、模拟结果分析

2.3本章小结

第3章 薄片晶体的冷却与实现工艺

3.1复合晶体镀膜理论分析

3.2金属膜分析

3.2.1、膜材料的选择

3.3晶体与铜热沉的铟焊

3.3.1、铟焊后的要求：

3.3.2、材料的选择

3.4本章小结

第4章 激光器谐振腔的设计

4.1薄片激光器结构

4.2晶体热焦距的测量

4.2.1热焦距实验设计

4.2.2热焦距测量结果及分析

4.3激光器腔型的设计

4.3.1无源谐振腔稳定性分析

4.3.2、有源谐振腔稳定性

4.4、输出腔镜最佳透过率计算

4.5、本章小结

第5章激光器的实验研究

5.1、泵浦源光谱的测量

5.1.1、不同输入电流下的光谱

5.1.2、不同脉宽下的光谱(不同占空比)：

5.1.3、不同水冷温度下的光谱

5.2薄片晶体中光分布测量

5.2.1晶体中光分布实验设计

5.2.2实验结果及分析

5.3、晶体内温度的测量

5.3.1理论计算

5.3.2实验测量

5.4、输出功率的测量

5.4.1、测量不同水冷温度下的输出功率：

5.4.2、测量不同腔长的输出功率：

5.4.3、测量不同透过率的输出功率：

5.4.4、在最佳情况下，不同腔长的输出功率与光光转换效率：

5.4.5、光束质量的测量

5.5、本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢