近些年來，二極管泵浦的固體激光器（DPSSL:Diodepumpedsolidstatelaser）又稱全固態(tài)激光器飛速發(fā)展，20世紀(jì)末，出現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)緊湊的部分端面泵浦結(jié)合混合腔結(jié)構(gòu)的板條激光器（Innoslab），它可以實(shí)現(xiàn)高效率、高光束質(zhì)量激光輸出。本文基于Innoslab激光振蕩器和放大器開展了雙端泵浦和直接上能級(jí)泵浦實(shí)驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.介紹了Innoslab激光器泵浦源、泵浦整形系統(tǒng)和混合腔設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)；計(jì)算了板條晶體的熱效應(yīng)，討論了泵浦功率和晶體應(yīng)力之間的聯(lián)系；利用RigrodAnalysis方法計(jì)算了諧振腔的最佳透過率。 2.利用兩個(gè)808nm激光二極管陣列（laser diode stack）同時(shí)從兩個(gè)端面雙端泵浦尺寸為14mm×1m m×12mm的Nd:YVO4晶體，結(jié)合500/-350正支混合腔，當(dāng)泵浦到端面的功率為441W時(shí)獲得了220W穩(wěn)定激光輸出，光光轉(zhuǎn)化效率為49.9%，在輸出功率為202W時(shí)兩個(gè)方向光束質(zhì)量因子分別為1.7和2.3。相對(duì)于以前的單端泵浦結(jié)構(gòu)，雙端泵浦的設(shè)計(jì)充分利用了晶體，擴(kuò)大了穩(wěn)定腔的穩(wěn)區(qū)，提高了 泵浦功率極限、輸出功率和光束質(zhì)量。3.直接上能級(jí)泵浦技術(shù)是通過降低量子虧損的方法減小熱負(fù)載，從而提高輸出泵浦功率極限和光束質(zhì)量。結(jié)合雙端泵浦晶體的優(yōu)勢(shì)，利用兩個(gè)880nmLD泵浦單塊尺寸為14mm×1m m×12mm的Nd:YVO4晶體，當(dāng)吸收泵浦功率為710W時(shí)，獲得了340W激光輸出，當(dāng)輸出激光為300W時(shí)，測(cè)得兩個(gè)方向光束質(zhì)量分別為2.2和3.4。 4.對(duì)于Innoslab激光器，可以通過增加晶體橫向尺寸的方法降低泵浦密度，緩解熱效應(yīng)提高光束質(zhì)量和泵浦功率上限。利用880nmLD雙端泵浦22mm×1m m×12mm晶體結(jié)合正支混合腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)吸收泵浦功率為710W時(shí)，實(shí)現(xiàn)了328W激光輸出，當(dāng)輸出功率為300W時(shí)，兩個(gè)方向光束質(zhì)量為1.7和2.1；880nmLD雙端泵浦22mm晶體結(jié)合負(fù)支混合腔，當(dāng)泵浦功率為810W時(shí)，最高獲得416W激光輸出，兩個(gè)方向光束質(zhì)量分別為3.9和4.7。 5.用數(shù)值模擬的方法計(jì)算分析了連續(xù)種子的放大效率，為實(shí)驗(yàn)提供參考；在實(shí)驗(yàn)部分介紹了采用0.4W重復(fù)頻率為80MHz的ps種子經(jīng)Innoslab放大器進(jìn)行放大，獲得20W的放大激光輸出，最大提取效率約為，水平方向和豎直方向光束質(zhì)量分別為1.5和1.1；用平均功率為4.5W重復(fù)頻率為79MHz的ps種子經(jīng)Innoslab板條放大器放大，實(shí)現(xiàn)了73W放大激光輸出，最大提取效率約為兩個(gè)方向的光束質(zhì)量分別為1.5和1.4。 6.940nmLD泵浦Yb:YAG晶體產(chǎn)生1030nm激光是準(zhǔn)三能級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)中利用一個(gè)球面透鏡組對(duì)泵浦光進(jìn)行聚焦，利用端面泵浦板條結(jié)合穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1030nm激光輸出，當(dāng)泵浦功率為323W時(shí)，實(shí)現(xiàn)了86W的多模激光輸出。 

 

【文章頁(yè)數(shù)】：103 頁(yè)

 

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

 

文章目錄

 

摘要

Abstract

第一章 緒論

    1.1 引言

    1.2 全固態(tài)激光器

        1.2.1 棒狀激光器(Rod laser)

        1.2.2 薄片激光器(Disk laser)

        1.2.3 光纖激光器(Fiber laser)

        1.2.4 板條激光器(Slab laser)

    1.3 本論文主要研究?jī)?nèi)容

第二章 Innoslab 激光器的設(shè)計(jì)和分析

    2.1 泵浦源

    2.2 部分端面泵浦板條激光器的泵浦整形系統(tǒng)

    2.3 幾種重要晶體光學(xué)和機(jī)械性能參數(shù)

        2.3.1 Nd:YVO4(摻釹釩酸釔)晶體

        2.3.2 Nd:GdVO4(摻釹釩酸釓)晶體

        2.3.3 Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)晶體

        2.3.4 Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石)晶體

    2.4 激光能級(jí)系統(tǒng)分類

        2.4.1 三能級(jí)系統(tǒng)

        2.4.2 四能級(jí)系統(tǒng)

        2.4.3 準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)

    2.5 板條熱效應(yīng)分析

        2.5.1 溫度分布解析分析

        2.5.2 熱效應(yīng) matlab 的數(shù)值模擬

        2.5.3 ANSYS 有限元法模擬溫度分布

        2.5.4 熱應(yīng)力分析

        2.5.5 matlab 數(shù)值計(jì)算晶體熱應(yīng)力分布

    2.6 諧振腔的設(shè)計(jì)

        2.6.1 非穩(wěn)定腔的設(shè)計(jì)

        2.6.2 穩(wěn)定腔的設(shè)計(jì)

        2.6.3 諧振腔的最佳透過率

    2.7 本章小結(jié)

第三章 808nm 和 880nmLD 陣列泵浦 Nd:YVO4激光振蕩器

    3.1 Nd:YVO4四能級(jí)激光器

        3.1.1 四能級(jí)速率方程描述

        3.1.2 Nd:YVO4激光研究進(jìn)展

    3.2 808nmLD 雙端泵浦 Nd:YVO4晶體產(chǎn)生 1064nm 激光

        3.2.1 808nmLD 泵浦實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        3.2.2 雙端泵浦輸出功率及穩(wěn)定性

        3.2.3 光束質(zhì)量的測(cè)量

    3.3 880nmLD 泵浦14m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶體產(chǎn)生 1064nm 激光實(shí)驗(yàn)研究

        3.3.1 880nmLD 單端泵浦14m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶體實(shí)驗(yàn)研究

        3.3.2 880nmLD 雙端泵浦14 mm × 1m m × 12mmNd:YVO4晶體實(shí)驗(yàn)研究

    3.4 880nmLD 泵浦 22 mm × 1m m × 12mm的 Nd:YVO4晶體產(chǎn)生 1064nm 激光

        3.4.1 880nmLD 雙端泵浦 22m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶體結(jié)合正支穩(wěn)定-非穩(wěn)定混合腔實(shí)驗(yàn)研究

        3.4.2 880nmLD 雙端泵浦 22m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶體結(jié)合負(fù)支穩(wěn)定-非穩(wěn)定混合腔實(shí)驗(yàn)研究

    3.5 本章小結(jié)

第四章 Nd:YVO4晶體 Innoslab 放大器

    4.1 Innoslab 激光放大器的研究進(jìn)展

    4.2 Innoslab 連續(xù)激光放大器速率方程

    4.3 0.4W 鎖模種子放大實(shí)驗(yàn)研究

        4.3.1 0.4W 鎖模種子放大實(shí)驗(yàn)裝置

        4.3.2 放大功率、光束質(zhì)量和脈寬

    4.4 4.5W 鎖模種子放大實(shí)驗(yàn)研究

        4.4.1 4.5W 鎖模種子放大實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        4.4.2 種子光與增益介質(zhì)的重疊面積計(jì)算

        4.4.3 放大功率、光束質(zhì)量和脈寬

    4.5 本章小結(jié)

第五章 940nm 泵浦 Yb:YAG 晶體產(chǎn)生 1030nm 激光

    5.1 Yb:YAG 激光器研究進(jìn)展

    5.2 Yb:YAG 激光器速率方程描述

    5.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及裝置

    5.4 實(shí)驗(yàn)輸出功率

    5.5 本章小結(jié)

結(jié)論

參考文獻(xiàn)

附錄

致謝

攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單

個(gè)人簡(jiǎn)介