高功率长脉冲固体激光器输出特性的研究

论文摘要

随着激光技术的发展,固体激光器在激光医学、激光化学、材料加工、科学研究等领域得到广泛应用。高功率、高光束质量的固体激光器在金属材料的切割、焊接等工行业中有着广泛的应用。由于输出功率与光束质量之间的矛盾关系,单级激光器输出光功率是有限的,高功率应用场合往往不能满足要求,需要在振荡级后加上一级或多级放大器以提高激光器的输出功率。本论文对600W长脉冲固体激光器做了研究,文章主要内容有:(1)设计了多元件谐振腔,理论分析并计算了元件参数及腔形对输出光束质量的影响;设计了有源热透镜激光准直系统,分析了有源激光准直系统的动态变化对准直倍率的影响,对比发现有源激光准直系统的准直效果比无源激光准直系统略好些;定性的计算了注入功率对放大器工作物质提取效率的影响。(2)根据需求对600W长脉冲固体激光器进行结构设计,本激光器由振荡级和一个放大级组成。谐振腔为平凹腔,工作物质为Nd: YAG,采用脉冲氙灯泵浦,放大级为行波放大。利用工作物质的热透镜效应,使放大级与一长焦距透镜组成有源激光准直系统,对输出激光放大的同时进行准直。(3)依照所设计的激光器结构搭建系统,调试并进行实验,实验内容包括:Nd: YAG棒热焦距的测量;振荡级输出功率测量;振荡级输出光束准直前后光束质量的测量比较;放大级输出功率测量,计算并找出激光器的最佳提取效率。实验测得在单级注入功率13.2kW下,振荡级输出最大功率320W,电光转换效率为2.42%,放大级输出功率628W,总电光转换效率2.38%,满足设计要求。实验表明放大级使光束质量变差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 相关领域研究及其发展现状
• 1.3 文章研究内容及组织结构
• 2 高功率激光器腔形设计与研究
• 2.1 谐振腔腔形设计及说明
• 2.2 多元件G 参数等价谐振腔的计算
• 2.3 谐振腔输出光束影响因素分析
• 2.4 本章小结
• 3 行波激光放大器的研究
• 3.1 短脉冲放大
• 3.2 长脉冲放大
• 3.3 ND:YAG 放大器
• 3.4 能量转换机制
• 3.5 本章小结
• 4 有源激光准直系统的设计与研究
• 4.1 无源激光准直系统
• 4.2 有源激光准直系统的设计及说明
• 4.3 有源激光准直系统准直倍率的计算公式推导
• 4.4 有源激光准直系统准直倍率的影响因素分析
• 4.5 本章小结
• 5 实验结果及其分析
• 5.1 ND: YAG 棒热焦距测量
• 5.2 光束质量的测量实验
• 5.3 输出功率的测量
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献