【摘要】：在半導(dǎo)體泵浦固體激光器(DPSSL)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來的碟片激光器,因?yàn)槠鋬?yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),很大程度上抑制了熱效應(yīng)問題。但是,隨著碟片激光器輸出功率的提高,熱透鏡效應(yīng)產(chǎn)生的熱畸變?nèi)匀粺o法忽視,甚至成為限制激光器輸出功率和光束質(zhì)量的重要原因。用球面可變形反射鏡來對(duì)碟片激光器熱焦距的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行測(cè)量,以及對(duì)熱畸變的球面部分進(jìn)行補(bǔ)償,對(duì)碟片激光器的設(shè)計(jì)非常重要。本文從基爾霍夫薄板理論出發(fā),分析了施加均勻載荷下圓形薄板的彎曲,得到圓形薄板中心區(qū)域的形變可以近似為一個(gè)球面的結(jié)果。通過COMSOL仿真軟件對(duì)該模型的仿真與驗(yàn)證,封裝了這種球面變形鏡。并展開在不同壓強(qiáng)條件下,鏡面變形特性的測(cè)試與分析,獲得了球面變形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并發(fā)現(xiàn)了球面變形的曲率半徑與壓強(qiáng)的關(guān)系,為基于此球面變形鏡的碟片激光器熱焦距的測(cè)量與動(dòng)態(tài)諧振腔的設(shè)計(jì)奠定了器件基礎(chǔ)。其次,基于所設(shè)計(jì)的球面變形鏡曲率半徑的變形范圍,設(shè)計(jì)了諧振腔穩(wěn)區(qū)寬度不變,穩(wěn)區(qū)邊界平移的碟片激光晶體熱焦距精確測(cè)量的方案,可獲得更為準(zhǔn)確的碟片激光晶體熱焦距的變化范圍。隨后,基于所獲得熱焦距的變化范圍,通過動(dòng)態(tài)諧振腔的設(shè)計(jì)技術(shù),給出不同注入功率條件下熱焦距與球面變形鏡曲率半徑的匹配關(guān)系,使得該激光器的運(yùn)行工作點(diǎn)始終工作在最佳位置,實(shí)現(xiàn)全泵浦范圍內(nèi)高光束質(zhì)量的激光輸出。最后,基于所設(shè)計(jì)的球面變形鏡,開展了碟片固體激光器熱焦距的測(cè)量與基模諧振腔動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。獲得了不同泵浦功率下碟片的光焦度從0.115(1/m)到0.189(1/m)的變化范圍。以此為基礎(chǔ),采用球面變形鏡實(shí)現(xiàn)了全泵浦范圍內(nèi)熱焦距的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,在泵浦功率55W時(shí),光束質(zhì)量因子從M_x~2,M_y~2分別為1.9544,1.9672改善到1.2052和1.1153。
【圖文】：

圖 1-1 碟片激光器的基本結(jié)構(gòu)雖然碟片激光器優(yōu)異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其熱效應(yīng)有了進(jìn)一步改善，但是在高功況下，其熱效應(yīng)仍然是不能忽略的[16-17]，是限制碟片激光器進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。為了方便研究碟片激光器的熱效應(yīng)，可將其視為一個(gè)包含熱透鏡光諧振腔[18-20]，其熱效應(yīng)也稱為熱透鏡效應(yīng)，并可以用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定腔的方法來熱透鏡效應(yīng)。通過測(cè)量碟片晶體不同泵浦功率下的光焦度，有助于設(shè)計(jì)合適態(tài)穩(wěn)定腔；通過補(bǔ)償熱透鏡效應(yīng)帶來的熱畸變，能夠進(jìn)一步擴(kuò)展激光器的輸率，提高光束質(zhì)量。使用合適的光學(xué)元件，，如可變形反射鏡來補(bǔ)償?shù)す鉄峄�，是�?shí)現(xiàn)激光器性能進(jìn)一步優(yōu)化的比較好的辦法。課題組對(duì) Yb:YAG 碟片激光器中的熱透鏡效應(yīng)問題已經(jīng)做了大量的研23]，通過建立碟片熱傳導(dǎo)模型，對(duì)碟片晶體中溫度分布、應(yīng)力分布、光程差

圖 1-4 直接液冷板條固體激光器的 MOPA 結(jié)構(gòu)及其自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)這種系統(tǒng)不僅放大了激光器的輸出功率，還通過液冷和變形鏡的雙重補(bǔ)償進(jìn)一步改善了輸出功率和光束質(zhì)量，而自適應(yīng)系統(tǒng)則能夠?qū)崟r(shí)地提高激光器的性能。如圖 1-5 所示為波前傳感器在不同條件下測(cè)得的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)千瓦的 1064nm 激光器的光束質(zhì)量控制，峰值強(qiáng)度提高了 10 倍以上。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248

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