LD泵浦全固態(tài)激光器熱效應(yīng)及鎖模特性研究.pdf

1、高功率激光二極管泵浦固體激光器是近年來國際上發(fā)展最快、最有發(fā)展?jié)摿Φ男滦图す馄髦?具有壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、高效率等優(yōu)點(diǎn),目前已成為國際上新型固體激光器的研究和發(fā)展熱點(diǎn).這種激光器由于采用了窄光譜的半導(dǎo)體激光器代替了傳統(tǒng)的氪燈或氙燈作為泵浦源,大大提高了系統(tǒng)的效率和可靠性,改善了光束質(zhì)量,被稱為激光史上的一次革命.隨著大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,高功率二極管泵浦固體激光器已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn),這些研究主要集中

2、在如何有效地提高激光輸出功率和改善激光光束質(zhì)量方面,其中最主要的障礙來自激光晶體的熱效應(yīng).本文以Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體為研究對象,系統(tǒng)地研究了晶體熱效應(yīng),對比了傳統(tǒng)晶體和鍵合晶體的熱性能,在精確求解晶體內(nèi)溫度及溫度場分布的基礎(chǔ)上,求出晶體熱焦距,進(jìn)而精確設(shè)定激光腔各參數(shù),實(shí)現(xiàn)SESAM連續(xù)鎖模Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體激光器,主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下: 1、在端面泵浦固體激光器中,泵浦光被聚焦

3、到激光晶體中心很小一個(gè)區(qū)域(大約200～400/μm),使得這個(gè)區(qū)域功率密度極大,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的熱形變,應(yīng)力雙折射,甚至引起晶體破裂.這篇論文根據(jù)Nd∶YVO<,4>激光晶體熱傳導(dǎo)各向異性特點(diǎn),首次對二極管端面泵浦Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體激光器中的熱效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究.精確求解晶體內(nèi)溫度分布,得出晶體熱焦距,與實(shí)驗(yàn)測量吻合很好.研究中發(fā)現(xiàn),復(fù)合晶體也可以有效地降低激光晶體的溫度,從而大大改善了晶體的熱

4、透鏡效應(yīng),提高激光的輸出功率,改善光束質(zhì)量.在理論計(jì)算基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)四鏡折疊腔激光器,研究Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體基頻特性,在泵浦功率16.5W時(shí),得到1064nm激光輸出9.87W,光光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到60﹪. 2、首次利用Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體作為激光晶體,以透射式LT-GaAs為鎖模器件,對其調(diào)Q鎖模特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)現(xiàn)了100﹪調(diào)Q鎖模.全面系統(tǒng)記錄并分析了演化過程中的各個(gè)階段,獲得

5、最大平均輸出功率2.2,光光轉(zhuǎn)換效率15.7﹪的調(diào)Q鎖模脈沖. 3、介紹了透射式被動(dòng)鎖模器件LT-InGaAs基本結(jié)構(gòu),首次利用Nd∶YVO<,4>/YVO<,4>鍵合晶體作為激光晶體,對其鎖模特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.得到理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果:激光器調(diào)Q的運(yùn)轉(zhuǎn)閾值為2 W;當(dāng)泵浦功率為3.1 W時(shí),激光器出現(xiàn)調(diào)Q鎖模行為;當(dāng)泵浦功率為5.6 W時(shí),調(diào)Q鎖模深度達(dá)到100﹪,對應(yīng)的脈沖包絡(luò)重復(fù)頻率為62.5kHz,半峰全寬為600 ns;增大泵

6、浦功率至6 W時(shí),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)鎖模激光輸出,單脈沖半峰全寬為5.1 ps,脈沖重復(fù)頻率113 MHz.在泵浦功率為12 W時(shí),激光器平均輸出功率2.29 W,光光轉(zhuǎn)換效率為19.1﹪. 4、首次設(shè)計(jì)出單端輸出SBR被動(dòng)鎖模Nd:YVO<,4>/ YVO<,4>激光器,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)激光器雙光束輸出的缺點(diǎn).實(shí)驗(yàn)中得到穩(wěn)定的1064 nm連續(xù)鎖模激光輸出,采用透射率為3﹪、10﹪的耦合輸出鏡,在注入功率為10W時(shí),分別得到1.6W與2

7、.5W的平均輸出功率,光光轉(zhuǎn)換效率分別為16﹪、25﹪. 5、Nd:Y<,x>Gd<,1-x>VO<,4>晶體的熒光線寬(一般大于2 nm)約是Nd:YVO<,4>(或Nd:GdVO<,4>)的兩倍,同時(shí)Nd:Y<,x>Gd<,1-x>VO<,4>還具有相對較小的發(fā)射截面和較大的上能級壽命,特別適合用于鎖模激光器的增益介質(zhì).采用LT-InGaAs作為鎖模元件兼輸出鏡,設(shè)計(jì)出四鏡折疊腔激光器,研究了Nd:Y<,x>Gd<'1-x>