879nm激光二極管端泵的高重頻高亮度Nd-GdVO4激光器研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TN248.1學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào):535.15密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文879nm激光二極管端泵的高重頻高亮度Nd:GdVO4激光器研究博士研究生：李旭東導(dǎo)師：陳德應(yīng)教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：物理電子學(xué)所在單位：光電子信息科學(xué)與技術(shù)系答辯日期：2010年9月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器(DPSSL)具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，高重復(fù)頻率

2、、高亮度的脈沖激光光源更成為在激光成像雷達(dá)、光電對(duì)抗和激光加工等領(lǐng)域迅速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)脈沖激光器中高重頻、高亮度難以兼顧輸出的難題及高重頻、高亮度激光器發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀，本文致力于探索和挖掘新型Nd:GdVO4激光器在高重頻和高亮度輸出下的潛力，以期能為高重頻、高亮度激光光源的發(fā)展及更廣泛的應(yīng)用做出點(diǎn)滴貢獻(xiàn)。針對(duì)高功率端面泵浦情況下Nd:GdVO4晶體中能量傳遞上轉(zhuǎn)換(ETU)效應(yīng)影響愈發(fā)顯著的事實(shí)，將ETU效應(yīng)引入到速率方程中

3、，研究了其對(duì)泵浦閾值的影響。從調(diào)Q速率方程出發(fā)，推導(dǎo)了調(diào)Q狀態(tài)下的峰值功率、脈沖能量和脈沖寬度的表達(dá)式。本章的理論分析表明初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度是影響脈沖激光性能的一個(gè)主要參量。在高性能脈沖激光器的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高泵浦速率以增大初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，同時(shí)選擇合適的諧振腔結(jié)構(gòu)以減小腔損耗。這為今后高重頻、高亮度全固態(tài)激光器的設(shè)計(jì)提供了很好的理論依據(jù)。針對(duì)高功率端泵激光器嚴(yán)重的熱效應(yīng)對(duì)激光器性能的影響，建立并完善了一套完整的熱管理技術(shù)來(lái)對(duì)端泵N

4、d:GdVO4激光器進(jìn)行有效的熱管理。首先從熱產(chǎn)生機(jī)理上進(jìn)行改善，采用879nm直接泵浦取代傳統(tǒng)808nm間接泵浦，將熱負(fù)載比從24.0%減小到17.3%；其次從散熱角度進(jìn)行優(yōu)化，采用四種有效的晶棒散熱措施，包括高熱導(dǎo)率晶體的選用，連續(xù)生長(zhǎng)型復(fù)合Nd:GdVO4晶棒的使用，對(duì)泵的泵浦方式和微通道結(jié)構(gòu)散熱器的使用；再次從熱補(bǔ)償角度進(jìn)行考慮，采用凸平非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)對(duì)殘留在晶棒中的廢熱進(jìn)行有效的熱補(bǔ)償。此套熱管理技術(shù)及措施適用于所有DPSSL中激

5、光介質(zhì)熱效應(yīng)的緩解，尤其對(duì)于端泵的晶棒激光器更加有效，十分有利于在端泵結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)高泵浦功率的注入。針對(duì)高功率端泵時(shí)DPSSL的高輸出功率和高光束質(zhì)量往往不能兼得的弊端，提出了利用凸平非穩(wěn)腔來(lái)改善激光器的性能。理論分析表明：在熱穩(wěn)定條件下，凸平腔相比平平腔在較高泵浦功率下可更好的實(shí)現(xiàn)模式匹配，并對(duì)光束質(zhì)量有明顯地改善作用。利用修正后的熱透鏡焦距公式和基于ABCD矩陣傳輸理論確定的非穩(wěn)腔關(guān)鍵腔參量的選取原則，設(shè)計(jì)了LD端泵Nd:GdVO4晶