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LD端泵Nd：GdVO4热透镜效应补偿技术的研究

2020-12-06阅读(363)

LD端泵Nd：GdVO4热透镜效应补偿技术的研究

论文摘要

激光二极管泵浦的固态激光器（DPSSL）具有结构紧凑、稳定性好、效率高和寿命长等优点。随着DPSSL的进一步发展,人们对其要求已不仅仅局限在高的输出功率上,还需要有好的光束质量,高功率高光束质量激光器的用途更加广泛。但随着激光器泵浦功率的增大,激光晶棒的热效应越来越明显,热效应导致激光器光束质量变差,几乎影响了激光器的所有性能,限制了特定腔方案激光器的发展及应用。Nd:GdVO4晶棒具有高的热导率、大的发射截面和吸收截面、适中的寿命和偏振激光输出等优点,更适合作为高功率、高光束质量及高重频调Q的DPSSL的激光介质,国内外对它的研究有日趋增多的趋势。为此,我们采用非稳腔方案可对Nd:GdVO4这类较为优异激光晶棒的热透镜效应进行补偿,从而获得高功率高光束质量的激光输出。本文是以获得高功率、高光束质量激光输出为目的展开论述。通过四能级速率方程理论推导了连续输出的阈值功率和斜坡效率表达式,并分析了端泵时振荡光和泵浦光的空间表达式,推导了在平-平腔中影响激光器模式匹配的重叠效率因子,研究了泵浦光功率、泵浦光束腰半径、腔长及晶棒在谐振腔中不同位置对重叠效率因子的影响,并用实验加以验证。以解析理论分析为基础,建立了符合激光晶棒工作状态的热模型,利用热传导泊松方程,研究了Nd:GdVO4晶棒受到具有高斯分布的端面入射光时激光晶棒的温度场分布、晶棒端面热形变分布、晶棒端面温度梯度分布及晶棒衍射损耗情况,并考虑了泵浦光偏离Nd:GdVO4晶棒中心时的热效应分布情况。测量了Nd:GdVO4晶棒的热透镜焦距,根据含有薄正透镜（热透镜）的直线腔TEM00模振荡理论,模拟分析了平-凸腔的TEM00模输出性能。选用平-凸非稳腔对激光晶棒的热透镜效应进行补偿,用传输矩阵方法研究了平-凸腔的设计,实验研究了腔长和平凸腔镜曲率半径对非稳腔的影响,并对平-凸腔和平-平腔输出性能进行了对比实验。当Pin = 17W时,对平-凸非稳腔Nd:GdVO4激光器进行了优化设计,得到Pout= 7.2W, Mx2 = 1.25 My2=1.32、好的输出结果,而相同条件下,平-平腔的输出光束质量为Mx2=3.39、My2=3.38。并在得到较好的光束质量的情况下,进行了调Q实验研究。通过实验发现,在相同的条件下,与平-平腔相比较,平-凸腔调Q输出激光脉宽明显变窄、输出的平均功率更高。因此,可以我们通过平-凸非稳腔方案来改善调Q激光输出的性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 DPSSL特点及应用前景
  • 4晶棒概述'>1.3 Nd:GdVO4晶棒概述
  • 4的晶棒特性'>1.3.1 Nd:GdVO4的晶棒特性
  • 4 的光谱特性'>1.3.2 Nd:GdVO4的光谱特性
  • 1.4 热透镜效应补偿DPSSL的研究进展及分析
  • 1.4.1 国内发展状况
  • 1.4.2 国外研究进展
  • 1.5 本论文的主要工作
  • 第2章 LD端泵固体激光器连续输出理论
  • 2.1 四能级速率方程理论
  • 2.1.1 输出功率和斜坡效率
  • 2.2 端泵时泵浦光与振荡光的场分布函数
  • 2.2.1 泵浦光场分布
  • 2.2.2 振荡光场分布
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 LD端泵固体激光器模式匹配研究
  • 3.1 直线腔振荡光场分布研究
  • 3.2 重叠效率因子研究
  • 3.2.1 重叠效率因子的理论分析
  • 3.2.2 重叠效率因子的模拟
  • 3.2.3 泵浦光功率对重叠效率因子的影响
  • 3.2.4 泵浦光束腰半径对重叠效率因子的影响
  • 3.2.5 腔长对重叠效率因子的影响
  • 3.2.6 晶棒在谐振腔中的位置对重叠效率因子的影响
  • 3.2.7 最佳泵浦位置的研究
  • 3.2.8 LD光束质量对重叠效率因子的影响
  • 3.3 本章小结
  • 4晶棒热效应研究'>第4章 Nd:GdVO4晶棒热效应研究
  • 4.1 晶棒热物理模型的建立
  • 4晶棒温度场分布分析'>4.2 Nd:GdVO4晶棒温度场分布分析
  • 4晶棒三维温度场分布分析'>4.2.1 Nd:GdVO4晶棒三维温度场分布分析
  • 4.2.2 泵浦光束腰半径对晶棒温度场分布的影响
  • 4晶棒泵浦端面热形变分析'>4.3 Nd:GdVO4晶棒泵浦端面热形变分析
  • 4晶棒热形变理论分析'>4.3.1 Nd:GdVO4晶棒热形变理论分析
  • 4晶棒泵浦端面热形变分析'>4.3.2 Nd:GdVO4晶棒泵浦端面热形变分析
  • 4.3.3 泵浦光束腰半径对晶棒泵浦端面热形变的影响
  • 4晶棒泵浦光端面温度梯度场分析'>4.4 Nd:GdVO4晶棒泵浦光端面温度梯度场分析
  • 4.4.1 泵浦光功率对晶棒泵浦端面温度梯度分布的影响
  • 4.4.2 泵浦光束腰半径对晶棒泵浦端面温度梯度分布的影响
  • 4晶棒中心热效应分析'>4.5 泵浦光聚焦位置偏离Nd:GdVO4晶棒中心热效应分析
  • 4.5.1 泵浦光聚焦位置偏离晶棒中心温度场分析
  • 4.5.2 泵浦光聚焦位置偏离晶棒中心端面热形变分析
  • 4.5.3 泵浦光聚焦位置偏离晶棒中心端面梯度场分析
  • 4晶棒衍射损耗分析'>4.6 Nd:GdVO4晶棒衍射损耗分析
  • 4.6.1 晶棒光程差及衍射损耗分析
  • 4衍射损耗分析'>4.6.2 Nd:GdVO4衍射损耗分析
  • 4.7 本章小结
  • 第5章 平-凸非稳腔热透镜效应补偿技术的研究
  • 5.1 非稳腔的特点和种类
  • 5.1.1 非稳腔的特点
  • 5.1.2 非稳腔的种类
  • 5.2 非稳腔的设计
  • 5.2.1 谐振腔矩阵光学设计理论
  • 5.2.2 平-凸非稳腔的设计
  • 5.3 晶棒的热透镜效应分析
  • 5.3.1 热透镜焦距的计算
  • 5.3.2 基于热稳定性理论的热透镜焦距测量方法
  • 5.3.3 热透镜焦距的测量
  • 5.4 平-凸腔补偿热透镜效应基模输出研究
  • 5.4.1 平-凸腔基模输出特性
  • 5.4.2 实验装置
  • 5.4.3 平-平腔与平-凸腔输出特性对比实验
  • 5.4.4 腔长对平-凸腔输出特性的影响
  • 1曲率半径对平-凸腔输出特性的影响'>5.4.5 M1曲率半径对平-凸腔输出特性的影响
  • 5.4.6 16W泵浦功率时平-凸腔的优化设计
  • 4声光调Q实验研究'>5.5 LD单端泵浦平-凸腔Nd:GdVO4声光调Q实验研究
  • 5.5.1 声光调Q的基本原理
  • 5.5.2 实验装置
  • 5.5.3 实验结果及分析
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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