碟片激光器泵浦均勻性的研究.pdf

1、碟片激光器泵浦光斑的均勻性是減小激光晶體熱畸變、實現(xiàn)高光束質(zhì)量、高平均功率、高光光轉(zhuǎn)換效率激光輸出的核心單元技術(shù)之一，也是碟片激光器優(yōu)化設(shè)計難點所在。本文針對基于共軛雙拋物面鏡的多次泵浦結(jié)構(gòu)，通過對泵浦源均勻性、拋物面鏡單次聚焦光斑均勻性、多次泵浦空間重疊均勻性的深入分析，在綜合考慮系統(tǒng)失調(diào)對泵浦均勻性影響的同時，開展碟片激光器多次泵浦系統(tǒng)的綜合優(yōu)化設(shè)計，并給出最佳設(shè)計方案，開展相應(yīng)的實驗研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　第一，針對泵

2、浦源的均勻性，通過對比分析微透鏡陣列、柱面鏡組、多邊形勻化棒和方光纖四種勻化方案，結(jié)合多次泵浦系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)特點，選擇方光纖作為最佳方案。
　　第二，針對單次聚焦光斑的均勻性，通過分析拋物面鏡成像特性，指出聚焦光斑邊沿像點彌散斑幾何半徑應(yīng)小于150μm。
　　第三，針對多次聚焦光斑的中心重合特性，通過分析拋物面鏡自身光學(xué)特性、雙拋物面鏡失配以及碟片晶體離焦對各次聚焦光斑相對位置關(guān)系的影響，證明共軛雙拋物面鏡多次泵浦結(jié)構(gòu)具有極好

3、的多次泵浦穩(wěn)定性，保證多個聚焦光斑幾何中心的重合。
　　第四，針對多次聚焦光斑的邊沿重合特性，通過分析碟片晶體傾角和拋物面鏡成像特性對聚焦光斑畸變的影響，指出畸變的本質(zhì)原因是準(zhǔn)直光束離軸入射拋物面鏡導(dǎo)致離軸方向及其正交方向的成像垂軸放大率不相等，提出基于共焦點分段拋物面鏡和一維擴(kuò)束系統(tǒng)的兩種光斑畸變校正方法，達(dá)到較好的校正效果。
　　第五，提出一種加入直角棱鏡的共軛雙拋物面鏡多次泵浦方案，通過合理設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)中各項關(guān)鍵指標(biāo)全

4、局最優(yōu)，設(shè)計出兩套泵浦均勻性分別達(dá)到93.8％和96.31%、泵浦功率密度為4.3kW/cm2和5.48 kW/cm2、泵浦次數(shù)達(dá)20次和48次的多次泵浦系統(tǒng)。
　　第六，對泵浦均勻性的各研究環(huán)節(jié)進(jìn)行實驗驗證，最終在碟片晶體上獲得了非常均勻的疊加泵浦光斑，基于兩套多次泵浦系統(tǒng)進(jìn)行CW碟片激光器運(yùn)行實驗，一套系統(tǒng)實現(xiàn)了M2≈1.3的高光束質(zhì)量激光輸出，輸出功率125W，光光轉(zhuǎn)換效率34.2%，另一套系統(tǒng)實現(xiàn)了654W的高平均功率激光