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LD泵浦Nd:GdVO4MOPA激光器的研究

2020-12-25阅读(261)

LD泵浦Nd:GdVO4MOPA激光器的研究

论文摘要

具有高重频、高功率、高光束质量的激光光源在激光雷达、非线性频率变换、工业加工等领域都具有重要应用。传统的LD泵浦全固体激光器虽然具有高效率、小体积等优点,但却很难实现高功率和高光束质量兼顾的激光输出。基于主振荡级-功率放大级（MOPA）的全固态激光器则能够实现同时具备高功率和高光束质量的激光输出。本文采用879nm半导体激光器作为泵浦源,复合Nd:GdVO4晶体作为激光工作物质,对MOPA结构的1.06μm激光器进行了理论和实验分析,以其获得高重频、高功率、高光束质量的激光光源。基于速率方程理论,推导了LD端面泵浦Nd:GdVO4激光器在连续、声光调Q脉冲运转时的阈值泵浦功率、输出功率、单脉冲能量、脉冲宽度和脉冲峰值功率的解析表达式;推导了MOPA激光器功率放大级稳态、脉冲放大时的储能、能量提取效率和输入输出功率的解析表达式;计算分析了879nm LD泵浦Nd:GdVO4晶体时放大级的能量提取效率和输出、输入能量密度的关系。对879nm LD端面泵浦复合Nd:GdVO4激光器振荡级进行了实验研究。单端泵浦方式下,在连续运转时获得了最高12.2W、光-光转换效率42.2%的激光输出;在f=100kHz重频运转时获得了脉宽17.5ns、峰值功率4.9kW的脉冲激光输出。双端端泵浦方式下,在连续运转时获得了最高24.5W、光-光转换效率43.2%的激光输出;在f=100kHz重频运转时获得了脉宽13.1ns、峰值功率17. 7kW的脉冲激光输出。同时提出了选用879nm的二分之一波片旋转泵浦光偏振方向,获得单一偏振方向激光输出的方案。基于振荡级串联两级放大的MOPA系统结构研究了影响激光放大级性能的主要因素,得出入射信号光的偏振方向与放大级晶体c轴的方向平行、入射信号光光斑与放大级泵浦光斑最佳比值为0.8时功率放大级性能最佳。MOPA激光器连续运转时获得了30.6W的激光输出,放大级的能量提取效率35.1%,系统光-光转换效率约为40.3%。在振荡级100kHz重频运转时,MOPA激光器获得了平均功率27.9W、脉宽19.3ns,峰值功率14.5kW的激光输出,功率放大级能量提取效率37.1%,MOPA系统的光-光转换效率约为35.0%。此外还分析了功率放大级对信号光光束轮廓的改善和脉冲宽度的压窄现象。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的背景及研究意义
  • 1.2 常见的固体激光放大技术及其研究进展
  • 1.2.1 直通式激光放大器的研究进展
  • 1.2.2 反弹式激光放大器的研究进展
  • 1.2.3 两种激光放大结构的对比
  • 1.3 1.06μm MOPA激光器激光晶体的选取
  • 1.4 1.06μm MOPA激光器泵浦源的选取
  • 1.5 本论文的主要研究内容
  • 第2章 MOPA激光器基本理论的研究
  • 2.1 MOPA激光器振荡级的速率方程理论
  • 2.1.1 端面泵浦连续运转下的理论推导
  • 2.1.2 声光调Q状态下的理论推导
  • 2.2 MOPA激光器功率放大级的速率方程理论
  • 2.2.1 脉冲放大的理论推导
  • 2.2.2 连续放大的理论推导
  • 2.3 MOPA激光器数值计算分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 MOPA激光器振荡级的实验研究
  • 4 激光器的实验方案'>3.1 879nm LD端泵Nd:GdVO4激光器的实验方案
  • 4 晶体吸收谱的测定'>3.1.1 Nd:GdVO4晶体吸收谱的测定
  • 3.1.2 879nm半导体激光器输出特性的测定
  • 4 激光器的实验装置'>3.1.3 879nm LD端泵Nd:GdVO4激光器的实验装置
  • 4 激光器的输出性能研究'>3.2 879nm LD端泵Nd:GdVO4激光器的输出性能研究
  • 3.2.1 连续运转特性的研究
  • 3.2.2 脉冲运转特性的研究
  • 4 晶体激光器的研究'>3.3 LD双端泵浦双Nd:GdVO4晶体激光器的研究
  • 3.3.1 连续运转特性的研究
  • 3.3.2 脉冲运转特性的研究
  • 3.3.3 偏振分光泵浦的讨论
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 MOPA激光器功率放大级的实验研究
  • 4.1 MOPA整体实验装置简介
  • 4.1.1 实验装置介绍
  • 4.1.2 LDM400-500 半导体激光器输出特性测定
  • 4.2 影响激光放大级性能的主要因素
  • 4.2.1 偏振匹配对放大级性能的影响
  • 4.2.2 光斑匹配对放大级性能的影响
  • 4.3 MOPA激光器的性能分析
  • 4.3.1 连续运转特性的研究
  • 4.3.2 脉冲运转特性的研究
  • 4.4 放大级对入射光产生的畸变
  • 4.4.1 功率放大级产生的空间波形畸变
  • 4.4.2 功率放大级产生的时间波形畸变
  • 4.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

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