【摘要】：相比于其他種類的激光器,高功率全固態(tài)連續(xù)單頻激光器因為能夠同時具有高光束質(zhì)量、窄線寬、低噪聲、高穩(wěn)定性等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛用于非經(jīng)典光場制備、冷原子物理以及高精度測量等科學(xué)研究領(lǐng)域。目前,主振蕩功率放大是實現(xiàn)高功率輸出的有效手段之一。然而,在塊狀晶體放大器中由于大塊狀晶體的溫度分布和增益分布不均勻,導(dǎo)致放大晶體存在著嚴(yán)重的熱效應(yīng)和增益飽和現(xiàn)象,使得輸出激光的光束質(zhì)量退化、轉(zhuǎn)換效率降低、輸出功率受到限制。為了有效提高連續(xù)單頻激光輸出功率,我們研究組開啟了高功率高轉(zhuǎn)換效率的雙端泵浦的主振蕩功率放大器的研究。主要內(nèi)容如下:1、建立并分析了主振蕩功率放大器中的熱模型。通過晶體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程建立了晶體熱分布模型,比較了雙端泵浦放大器與單端泵浦放大器晶體內(nèi)的熱分布特性,得出了雙端泵浦較單端泵浦放大晶體的熱分布更加均勻這一結(jié)論。接著,我們分析了雙端泵浦放大器中晶體摻雜濃度、泵浦體積等因素對晶體內(nèi)熱分布的影響,并最終確定了熱分布最優(yōu)的放大器參數(shù)。2、使用高功率種子源研制了兩級雙端泵浦行波放大器。為實現(xiàn)更高的萃取效率,研究組在自制了一臺50 W全固態(tài)連續(xù)單頻激光器作為高功率種子源的基礎(chǔ)上,制備了高功率二級雙端泵浦行波放大器,并最終獲得了125.2 W的激光輸出,光-光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)43.3%,光束質(zhì)量優(yōu)于1.28。同時,通過模擬放大器中增益與種子功率的關(guān)系,進(jìn)一步驗證了種子源輸出功率的提高對放大器功率及轉(zhuǎn)換效率的提高起到至關(guān)重要的作用。
【圖文】：

組透鏡進(jìn)行整形，嚴(yán)重地降低了輸出激光的光束質(zhì)量。最后，在板條面（>2）均為光面，進(jìn)一步加重了各方向上的寄生振蕩，限制了放大取效率[44]。 薄片激光放大器片放大器（Thin-diskAmplifier，TDA），即將增益晶體作為碟片狀的與板條放大器相似，薄片晶體可以承受相當(dāng)高的泵浦能量而不會產(chǎn)生。由于薄片晶體的厚度（僅百微米量級）遠(yuǎn)小于泵浦的抽運(yùn)長度，光布極為均勻，以至于在晶體內(nèi)只有很小的熱效應(yīng)。如圖 2.8 所示是在普遍使用的多程放大裝置，即種子光多次往返于薄片晶體，以獲得更[45]。而多段陣列式放大器（Multi-segmentAmplifier，MSA）結(jié)構(gòu)則能加放大器儲能效率，兩項放大結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠大幅度的增加放大器的動器的性價比，使大型激光器件的建造成為了可能。

該種類放大器使信號光單次通過放大器，因而總體效率不高，并且由于塊狀晶體存在端面吸收效應(yīng)，致使晶體內(nèi)存在不均勻的溫度分布，進(jìn)而隨著泵浦功率的增加，產(chǎn)生的熱效應(yīng)會嚴(yán)重影響激光放大器的光束質(zhì)量降低輸出功率。因此，，減緩塊狀放大器中的熱效應(yīng)、增大轉(zhuǎn)換效率是該類型放大器的主要攻克方向。2.4 注入鎖定放大高功率注入鎖定放大器（Injection-locking Amplifier，ILA）是通過將自由運(yùn)轉(zhuǎn)的高功率諧振腔的振蕩頻率鎖定到種子源的振蕩頻率上，實現(xiàn)振蕩光與注入的信號光的同步振蕩，進(jìn)而實現(xiàn)具備種子源激光特性的高功率激光輸出[46]。與主振蕩功率放大器相比，注入鎖定放大器中需要使用自動控制伺服系統(tǒng)來將高功率諧振腔的振蕩頻率精確鎖定到種子源的振蕩頻率上，進(jìn)而提高整個放大系統(tǒng)輸出頻率和功率的穩(wěn)定性。相比于主振蕩功率放大，注入鎖定放大器在高功率輸出時往往具有復(fù)雜、龐大的光路系統(tǒng)，并且由于鎖定環(huán)路的引入使得系統(tǒng)容易受到外界環(huán)境的影響。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN722;TN248

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