LD端面泵浦Nd:YAG晶体内部纵向增益分布的研究

论文摘要

在激光二极管端面泵浦固体激光器中,影响着输出激光性能的因素有多种,其中泵浦光束的空间分布尤为重要。本文系统地研究了泵浦光的空间分布对激光模式匹配程度的影响,也对此情况下的泵浦光对热分布做了简要分析。本文采用Monte Carlo光线追迹法,建立了微分高斯光束的数学模型,利用Matlab软件编程模拟了激光二极管端面泵浦激光器激光晶体内部纵向泵浦光分布情况。采用新设计的程序算法,能够充分的将泵浦光束的高斯分布特性考虑在内,能够更精确的再现高斯光束的传输过程。通过对泵浦能量积分计算晶体内基模光模式体积内被吸收的能量值,获得泵浦光在晶体内聚焦光斑的最佳位置。结果表明,能量积分法与模匹配方程求解法所得结果相一致,通过简要的热分布分析也能够说明该最佳聚焦光斑位置的积极影响。通过建立数学模型,能够更进一步的分析泵浦系统的参数改变对最佳位置的影响,以及对激光输出的影响,对激光器泵浦系统的设计提供了有效的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 全固态激光器的发展和应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 泵浦LD基本原理及其特性分析
• 2.1 激光二极管的基本原理
• 2.2 激光二极管的性质
• 2.2.1 伏安特性
• 2.2.2 P-I特性
• 2.2.3 激光二极管的光束特性
• 2.3 激光二极管的光纤耦合输出
• 2.3.1 柱状楔形微透镜光纤法
• 2.3.2 V型槽侧面耦合法
• 2.3.3 自聚焦透镜耦合法
• 2.3.4 光纤束耦合法
• 2.4 激光二极管光束整形
• 2.4.1 单透镜准直整形
• 2.4.2 柱面透镜组合准直
• 第三章 高斯光束的传输特性及建模分析
• 3.1 高斯光束的基本性质
• 3.1.1 高斯光束的功率密度分布
• 3.1.2 高斯光束的场振幅
• 3.1.3 高斯光束的远场发散角
• 3.2 高斯光束的传输特性
• 3.2.1 高斯光束的复参数q
• 3.2.2 高斯光束的ABCD传输定律
• 3.2.3 高斯光束的光线追迹
• 3.3 高斯光束功率分布的Monte Carlo模拟
• 3.3.1 Monte Carlo Method简介
• 3.3.2 高斯分布的Monte Carlo模拟
• 3.3.3 功率分布的采样统计
• 第四章 数学模型的建立及结果分析
• 4.1 数学模型建立的条件假设
• 4.1.1 单管光纤耦合LD
• 4.1.2 光学系统
• 4.1.3 Nd：YAG晶体及其镀膜方案
• 4.2 数学模型建立
• 4.2.1 Matlab编程算法流程
• 4.2.2 数学模型的置信水平
• 4.3 数学模型结果
• 4.4 模型分析
• 4.4.1 模式匹配度与最佳焦斑位置分析
• 4.4.2 热分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献