發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 07:15

【摘要】：隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展,全固態(tài)高性能振蕩級(jí)激光器為機(jī)載觀瞄系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)以及激光預(yù)警、探測(cè)系統(tǒng)等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域提供關(guān)鍵性光源。其中由于傳統(tǒng)全固態(tài)電光調(diào)Q激光器無(wú)法保證激光器在惡劣環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn),采用波羅棱鏡腔有效消除對(duì)準(zhǔn)失調(diào),降低激光功率密度,補(bǔ)償熱致雙折射以及調(diào)諧耦合輸出率。為獲得百瓦級(jí)高光束質(zhì)量的激光輸出,采用雙棒串接腔技術(shù),實(shí)現(xiàn)100W-QCW-1064nm高光束質(zhì)量激光器輸出。進(jìn)一步采用主振蕩+功率放大(MOPA)技術(shù)實(shí)現(xiàn)200W高光束質(zhì)量的激光輸出。由于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域?qū)ψ贤狻⒅羞h(yuǎn)紅外全固態(tài)激光器的廣泛需求,紫外、中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體及與其相關(guān)的紫外、中遠(yuǎn)紅外全固態(tài)激光器成為國(guó)內(nèi)外材料及激光高技術(shù)領(lǐng)域研究的前沿與熱點(diǎn)。全固態(tài)高功率Nd:YLF激光器因其特有的激光波長(zhǎng)和激光特性成為可見(jiàn)光、紫外光/深紫外光和中遠(yuǎn)紅外光等激光系統(tǒng)的關(guān)鍵性基頻光源。由于全固態(tài)高性能振蕩級(jí)激光器在眾多領(lǐng)域中的重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值而成為研究熱點(diǎn)。本文的研究工作主要集中在全固態(tài)高功率電光調(diào)Q激光器、100W/200W高光束質(zhì)量激Nd:YAG棒狀光器以及激光放大系統(tǒng)、全固態(tài)高功率Nd:YLF/LBO激光器等理論和實(shí)驗(yàn)研究。 本文的主要內(nèi)容可以歸納如下： 1、從Nd:YAG激光晶體特性、泵浦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、泵浦光場(chǎng)分布特性、晶體的溫度分布、熱效應(yīng)形成機(jī)制分析、測(cè)量、消除等方面對(duì)激光增益介質(zhì)的熱效應(yīng)進(jìn)行深入研究。在實(shí)際的研究工作中對(duì)激光增益介質(zhì)的熱管理進(jìn)行有效掌控,從而實(shí)現(xiàn)全固態(tài)激光系統(tǒng)高性能運(yùn)行。 2、從理論上研究各種參量對(duì)調(diào)Q激光的影響,采用傳統(tǒng)平—平腔型實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)現(xiàn)高能量電光調(diào)Q激光輸出。為解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中激光棒的端面容易出現(xiàn)壞點(diǎn)以及輸出光束質(zhì)量畸變等問(wèn)題,優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用正交波羅棱鏡腔補(bǔ)償熱致雙折射以及消除對(duì)準(zhǔn)失調(diào)問(wèn)題。利用瓊斯矩陣分析Z型正交波羅棱鏡腔運(yùn)轉(zhuǎn)特性,對(duì)比幾種市售的波羅棱鏡,分析波片方位角與偏振透過(guò)率、反射臂的有效反射率、輸出臂的耦合反射率以及補(bǔ)償波羅棱鏡相位延遲的波片數(shù)關(guān)系。搭建零相移正交棱鏡腔和采用非正常波片波羅棱鏡腔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)出Z型波羅棱鏡腔激光器中的關(guān)鍵參數(shù)。 3、從理論上對(duì)雙棒串接雙凸腔模式運(yùn)行特性進(jìn)行研究,通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算不同補(bǔ)償條件下雙棒串接雙凸腔中光束質(zhì)量、棒中模體積、模形狀與棒溫差和雙棒間距離的關(guān)系。進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量激光輸出：理論分析和數(shù)值計(jì)算棒內(nèi)TEM00光束尺寸以及雙棒串接雙凸腔穩(wěn)區(qū)運(yùn)行特性；理論分析和數(shù)值計(jì)算雙棒諧振腔中光學(xué)元件未對(duì)準(zhǔn)靈敏度特性。相關(guān)計(jì)算結(jié)果可為后續(xù)雙凸雙棒串接腔以及雙棒串接四鏡環(huán)行腔實(shí)驗(yàn)提供詳細(xì)的理論指導(dǎo)。 4、設(shè)計(jì)雙凸直腔和L型腔結(jié)構(gòu),采用雙棒串接技術(shù),利用熱近非穩(wěn)腔選模特性,實(shí)現(xiàn)100W-QCW-1064nm (M21.5,峰值功率1250W)高光束質(zhì)量非偏振和偏振激光輸出。進(jìn)一步采用MOPA技術(shù),實(shí)現(xiàn)200W-QCW-1064nm (M21.5,峰值功率2500W)高光束質(zhì)量激光輸出。在200W-QCW-1064nm高光束質(zhì)量激光器實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)之上,進(jìn)行整體激光系統(tǒng)工程化研究。對(duì)其整體放大激光系統(tǒng)的光斑抖動(dòng)特性進(jìn)行研究,滿足工程化研究應(yīng)用要求。并依據(jù)測(cè)試的結(jié)果,對(duì)整體激光系統(tǒng)下一步工程化研究工作打下良好的基礎(chǔ)。 5、通過(guò)對(duì)Nd:YLF晶體以及Nd:YLF激光頭各項(xiàng)性能研究。運(yùn)用倍頻理論,理論分析和計(jì)算LBO晶體的相位匹配特性、有效非線性系數(shù)、臨界及非臨界相位匹配參量。討論環(huán)行腔運(yùn)行特性,為后續(xù)環(huán)行腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。采用雙棒串接c軸垂直放置、中間加旋光晶體等措施補(bǔ)償熱透鏡效應(yīng)的各向異性。通過(guò)在晶體及腔鏡鍍1微米波長(zhǎng)減反膜的方式抑制1微米激光振蕩。雙棒串接短腔實(shí)現(xiàn)高功率28W-QCW-1321nm高功率、高光束質(zhì)量激光輸出。據(jù)我們所知,此結(jié)果在全固態(tài)雙棒狀串接準(zhǔn)連續(xù)1321nm Nd:YLF激光器中,其輸出功率達(dá)到先進(jìn)水平。在短腔實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)18W-QCW-1321nm基頻激光輸出。進(jìn)一步采用非線性頻率變化技術(shù)實(shí)現(xiàn)6W-QCW-660nm倍頻激光輸出。理論分析330nm紫外激光輸出特性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248
【圖文】：

圖2.1-1 Nd:YAG的能級(jí)圖Figure 2.1-1 The energy level diagram ofNd:YAG在室溫下，Nd:YAG主要的1.06nm譜線因熱激發(fā)晶格振蕩而均勻加寬�？俗幽芗�(jí)之間的各個(gè)躍遷來(lái)說(shuō)，光譜截面測(cè)量值為a(R2-Y3)=6.5>d(ri9c為295K時(shí)，上斯塔克子能級(jí)中的麥克斯韋一玻爾茲曼小數(shù)為0.427，Nd:YAG的有效截面為a(4F3/2—4In/2)=2.8xl0-i9cm2。有效的受激發(fā)射截面與所有4F3/2多重態(tài)的粒子數(shù)在上激光能級(jí)的占有率之乘積。圖2.1-2 N的勞光光譜圖(使用美國(guó)Ocean Optics公司HR2000+型號(hào)光柵光譜儀，00nm-1100nm)。Nd:YAG在0.3~0.9^mi范圍中的吸收光譜如圖2.1-3所表2.2給出了 Nd:YAG的熱性能。表2.2 Nd:YAG的熱性能Table2-2 Thermal properties of Nd:YAG特性 ^ 200K lOO熱導(dǎo)率 W cm.i K ' ^ 0.5

圖2.1-2 Nd:YAG晶體的炎光光譜圖“ Figure 2.1-2 The fluorescence of Nd:YAG crystalLO 丨 0.9- — 0.8 — 0.7 ■ ■ 0.6 , —* OS - — 04 I 丨 jI; -0.3 I I 11 二匕jlj ■ ■■0.3 0 4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9X /iim圖2.1-3 Nd:YAG在300K：時(shí)的吸收光譜Figure 2.1-3. The absorption spectra of Nd:YAG crystal(300K)

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文IN d:YAG I18000tCOOO -1 iOOO -12000 -? 10D0D -tn ,5 8D0D - I> 60 DO - |l: /LAjul0 -? ■ , I ■ I , I ? I ■丨 I2ap ?00 600 8 DO 1 000 1 2 DOjv?ltngth( n m )圖2.1-2 Nd:YAG晶體的炎光光譜圖“ Figure 2.1-2 The fluorescence of Nd:YAG crystal

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790233