LD端面泵浦Nd：KGW激光器熱效應(yīng)的理論與實驗研究.pdf

1、激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器是新一代理想的相干光源，因具有效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，輸出穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點和廣闊的應(yīng)用前景，近幾年備受國內(nèi)外激光界重視。本論文以Nd：KGW晶體為研究對象，從理論和實驗兩方面研究了全固態(tài)Nd：KGW激光器的熱效應(yīng)和激光輸出特性。其主要內(nèi)容概括為： 1.簡要介紹了LD泵浦激光器的主要性質(zhì)、優(yōu)點、應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀；概述了激光晶體在抽運過程中普遍表現(xiàn)出的熱效應(yīng)以及解決方法；說明了LD端面泵浦Nd：KGW

2、激光器熱效應(yīng)的研究背景和意義。 2.LD端泵矩形截面Nd：KGW激光晶體熱效應(yīng)基本理論的分析。根據(jù)Nd：KGW晶體熱傳導(dǎo)各向異性的特點，建立了晶體的熱傳導(dǎo)模型，對LD端泵Nd：KGW晶體的熱效應(yīng)進行了詳細的理論模擬和實驗研究；通過合理的求解泊松方程，得到晶體內(nèi)部溫度分布圖，計算了Nd：KGW晶體由端面形變引起的光程差和總的光程差，進而計算出不同抽運功率下的熱焦距。計算結(jié)果表明，當(dāng)抽運功率10W，抽運光斑半徑ωp=35μm時，激光

3、晶體端面溫度最高達到了255℃.由端面形變引起的光程差占總光程差的74％，說明對于Nd：KGW晶體端面形變是導(dǎo)致熱透鏡效應(yīng)的主要因素。并分析了不同摻雜濃度和泵浦光斑半徑對Nd：KGW晶體熱效應(yīng)的影響。 3.LD端泵矩形截面Nd：KGW激光晶體熱效應(yīng)的實驗研究。基于諧振腔的穩(wěn)定性理論，實驗測量了LD端泵Nd：KGW激光器的熱焦距，與理論值比較吻合；以空間相關(guān)的四能級速率方程理論為基礎(chǔ)，對LD端面泵浦的固體激光器輸出特性進行了理論分

4、析；在熱效應(yīng)研究成果的基礎(chǔ)上，優(yōu)化諧振腔參數(shù)、合理設(shè)計腔型，通過實驗對LD端面泵浦Nd：KGW激光器的基頻1064nm輸出進行了系統(tǒng)研究，分析了不同摻雜濃度、不同的輸出鏡透過率、不同的泵浦光斑半徑對基頻1064nm光輸出特性的影響。 最后在泵浦功率為3.14W時，得到1.24W的1064nm連續(xù)波輸出，光-光轉(zhuǎn)化效率為38.9％，斜效率為41.8％。 4.LD端泵Nd：KGW/KTP腔內(nèi)倍頻激光器的理論和實驗研究。在直腔

5、倍頻實驗中，當(dāng)抽運功率為3.13W時，獲得了153mW的綠光輸出，光-光轉(zhuǎn)化效率為4.9％，抽運閾值為185mW；為了進一步提高綠光轉(zhuǎn)化效率，根據(jù)ABCD矩陣，計算了諧振腔參數(shù)，選取了更有利壓縮KTP上光斑半徑的V腔進行倍頻。當(dāng)泵浦光功率為3.13W時，獲得了231mW的綠光，泵浦光到綠光的轉(zhuǎn)換效率為7.4％，泵浦光閾值功率約為288mW；與上面直腔倍頻實驗結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，采用V型諧振腔壓縮倍頻晶體內(nèi)的光束尺寸，提高了功率密度。最終導(dǎo)

6、致倍頻光輸出功率增加，使光一光轉(zhuǎn)化效率提高了2.5個百分點。 5.LD端泵Nd：KGW晶體Cr4+：YAG被動調(diào)Q的理論和實驗研究。給出了Cr4+：YAG被動調(diào)Q的理論模型，數(shù)值求解LD端泵Nd：KGW晶體Cr4+：YAG被動調(diào)Q的速率方程組，獲得了輸出激光的脈沖寬度、峰值功率及單脈沖能量隨泵浦功率的變化特性，模擬了1064nm激光的輸出波形，所得結(jié)果與實驗較為吻合；泵浦功率為3W時，實驗獲得了脈寬為57.6ns，重復(fù)頻率為21