LD侧面泵浦高功率绿光激光器研究

论文摘要

随着高功率半导体激光二极管技术的发展和成熟,采用LD泵浦的全固态激光器已经成为国际上激光技术的研发热点之一。非线性频率变换技术的进步更是极大地拓展了激光器的应用范围,其中采用激光二极管泵浦的全固态绿光激光以其体积小、重量轻、效率高、寿命长和光束质量好等优点在激光显示、工业加工、科学研究以及医学方面得到了广泛的应用。本文正是在这种背景下,针对LD侧面泵浦Nd:YAG腔内倍频高功率准连续绿光激光器进行了系统的理论和实验研究。本文主要完成了以下几个方面的工作：1.对激光二极管泵浦全固态激光器发展历史进行了综述,总结了全固态激光器的特性和优点。对全固态绿光激光器在医学、工业加工、科学研究等方面的应用进行了论述并针对国内外全固态绿光激光器的研究进展分别进行了总结。2.分析了Nd:YAG晶体的物理和激光特性,对激光二极光阵列侧面泵浦棒状Nd:YAG晶体内部的温度分布进行了理论计算,数值模拟了总的热透镜焦距随泵浦功率的变化关系,并对热透镜效应的补偿方法进行了总结。结合谐振腔的稳定性条件对包含热透镜的激光谐振腔进行了分析和研究。3.分析了四能级系统的特性和速率方程,对全固态激光器的连续运转特性进行了理论研究,在理论分析的基础上,采用激光二极管阵列七向侧面泵浦结构,分别用凹面激光棒和螺纹棒进行了1064nm红外激光的实验研究,得出了螺纹棒对于热效应的改善明显优于凹面棒的结论,为后面采用螺纹棒进行倍频实验研究打下了良好的基础。4.从非线性介质中的耦合波方程出发,对光学二次谐波的产生理论和倍频效率的影响因素进行了详细的分析。对比分析了KTP和LBO晶体的特性并对产生二次谐波的倍频方式进行了详细研究。5.对声光调Q腔内倍频绿光激光器进行了理论分析,在此基础上对声光调Q腔内倍频高功率准连续绿光激光器进行了实验研究,在平平腔内采用单声光Q开关获得了173.5W的高功率532nm绿光输出。通过在腔内正交放置同步驱动的两声光Q开关,在泵浦电流14A,重复频率38.7kHz时,获得了平均输出功率达197.5W的532nm绿光,倍频转换效率42%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 全固态激光器的发展
• 1.2 全固态激光器的特性及优点
• 1.3 LD泵浦全固态绿光激光器的应用
• 1.4 LD泵浦全固态绿光激光器的研究进展
• 第二章 工作物质的热效应及谐振腔理论
• 2.1 激光晶体的特性分析
• 2.2 激光工作物质的热效应
• 2.2.1 侧面连续泵浦时激光棒的温度分布
• 2.2.2 工作物质的热透镜效应
• 2.2.3 热透镜效应的补偿
• 2.3 激光谐振腔的设计与分析
• 2.3.1 激光谐振腔理论
• 2.3.2 谐振腔的设计与分析
• 第三章 全固态激光器的连续工作特·性研究
• 3.1 速率方程理论
• 3.2 全固态激光器的连续工作特性分析
• 3.2.1 激光振荡的阈值条件
• 3.2.2 输出功率和最佳透过率
• 3.2.3 系统的总体效率
• 3.3 LD侧面泵浦高功率1064nm连续激光器的实验研究
• 3.3.1 泵浦组件结构
• 3.3.2 冷却系统
• 3.3.3 侧面泵浦凹面棒高功率连续1064nm激光器实验研究
• 3.3.4 侧面泵浦螺纹棒高功率连续1064nm激光器实验研究
• 3.3.5 实验结果分析与讨论
• 第四章 二次谐波产生的理论及技术
• 4.1 非线性介质中的耦合波方程
• 4.2 光学二次谐波产生理论及分析
• 4.3 倍频晶体的特性及选取
• 4.3.1 倍频晶体的特性分析
• 4.3.2 倍频晶体的选取
• 4.4 倍频方式分析
• 4.4.1 腔外倍频
• 4.4.2 腔内倍频
• 第五章 全固态高功率准连续绿光激光器研究
• 5.1 腔内倍频调Q激光器理论研究
• 5.1.1 腔内倍频调Q激光器的速率方程
• 5.1.2 腔内倍频调Q激光器的速率方程的求解及分析
• 5.2 LD侧面泵浦腔内倍频高功率绿光激光器实验研究
• 5.2.1 声光Q开关的选择
• 5.2.2 单声光调Q内腔倍频高功率绿光激光器实验研究
• 5.2.3 双声光调Q内腔倍频高功率绿光激光器实验研究
• 5.2.4 实验结果分析与讨论
• 总结与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢