二极管侧面泵浦薄片激光器结构参数的设计与分析

摘要

二极管泵浦薄片激光器是固体激光器件中的一个重要研究内容，在高功率激光器中占有重要的地位，是固体激光器一个有生命力的发展方向，有广阔应用前景。本论文的目的主要是在保证激光器高光束质量的前提下提高激光器的输出功率。本论文提出了二极管激光侧面泵浦复合薄片晶体激光器的新型结构，并对此进行研究。 本论文综述了端面泵浦薄片和侧面泵浦这两种薄片激光器技术现状，分析评述了这两种不同类型薄片激光器的技术优势和技术限制，介绍了Yb：YAG和Nd：YAG的特性及其优缺点的比较，并指出了薄片激光器未来的发展方向。 设计了一种用来准直二极管阵列快轴的柱面微透镜，对其用光学软件ZEMAX做了效果模拟，并进行了准直实验，结果表明，设计的微透镜符合泵浦要求。 对薄片内泵浦光强分布进行了系统研究，建立了完备的理论模型，研制了一套泵浦光强分布计算机模拟设计程序，获得了一系列泵浦光强分布的三维模拟图象，分析了各个参数对泵浦光强分布的影响。 对薄片激光器的热效应进行了分析，从理论上得出了薄片的热焦距表达式。对薄片激光器的谐振腔进行了设计，采用平凹腔的结构，并使其在稳区工作并有较大的基模体积。对薄片激光器的输出特性进行了分析，设计了相关参数，并在此参数下得出了光束质量、输出功率和转换效率的理论值。 为了有效控制温度，对二极管阵列采用微通道冷却，对薄片晶体采用射流冷却，并设计了微通道冷却器和射流冷却热沉。设计了二极管阵列的排列、泵浦结构和谐振腔，并从整体上设计了薄片激光器的结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1二极管泵浦固体激光器概述

1.2二极管泵浦固体激光器研究背景和现状

1.2.1几种典型的DPSSL结构

1.2.2国内外现状

1.2.3 DPSSL的不足之处

1.3二极管泵浦固体激光器的应用

1.4课题意义和研究内容

第二章薄片激光器的最新进展

2.1引言

2.2端面泵浦薄片激光器

2.3侧面泵浦薄片激光器

2.4增益介质晶体特性分析

2.4.1 Yb：YAG激光性能的分析

2.4.2 Nd：YAG激光性能的分析

2.5本章小结

第三章半导体激光光束准直微透镜的研究

3.1半导体激光器的光束特性

3.2柱面微透镜的设计原理

3.3柱面微透镜的设计实例

3.4柱面微透镜的实验结果

3.5本章小结

第四章薄片内泵浦光强分布研究

4.1二极管侧面泵浦模型的建立

4.2 Nd：YAG薄片内的泵浦光分布情况

4.3本章小结

第五章薄片激光器的理论计算与分析

5.1薄片激光器的热效应分析

5.1.1温度分布

5.1.2热应力

5.1.3等效热焦距

5.2薄片激光器谐振腔的设计

5.2.1共轴球面腔的稳定性条件

5.2.2有源谐振腔ABCD矩阵及其谐振腔稳定性的影响

5.3薄片激光器的输出特性

5.3.1工作阈值

5.3.2输出功率和效率

5.3.3输出镜最佳透过率

5.4薄片激光器的总体参数分析与设计

5.4.1薄片的厚度设计

5.4.2薄片的直径设计

5.4.3输出镜最佳透过率设计

5.4.4谐振腔参数设计

5.5薄片激光器的性能分析

5.5.1光束质量

5.5.2输出功率和效率

5.6本章小结

第六章薄片激光器的整体设计

6.1 SPL LG81-30W激光二极管阵列

6.2泵浦结构

6.3薄片激光器的整体结构

6.4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