MOPA結(jié)構(gòu)堿金屬激光器理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、DPAL的諸多物理優(yōu)勢(shì)決定其潛在的超高功率單口徑輸出能力，其定標(biāo)放大的實(shí)現(xiàn)主要有單諧振腔功率提升和主振功放MOPA結(jié)構(gòu)兩種方案；相比之下，MOPA結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量輸出，便于諧振腔以及放大模塊的流場(chǎng)設(shè)計(jì)與熱管理，具有潛在的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面開展堿金屬激光放大器研究，主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：
　　1、建立堿金屬激光放大器理論模型，在基本三能級(jí)工作過程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮ASE效應(yīng)、高能級(jí)躍遷、原子電離與復(fù)合以及擴(kuò)

2、散過程的影響，并提出相應(yīng)的數(shù)值算法；通過與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證模型的有效性；仿真計(jì)算與分析堿金屬原子濃度、增益介質(zhì)長(zhǎng)度、種子光強(qiáng)以及泵浦光強(qiáng)等主要運(yùn)行參量對(duì)堿金屬激光放大器性能的影響，對(duì)光泵浦三能級(jí)激光器的飽和強(qiáng)度進(jìn)行了理論推導(dǎo)和分析。
　　2、搭建半導(dǎo)體泵浦銣蒸氣激光器作為放大器種子光源，實(shí)現(xiàn)單橫模和單縱模輸出，輸出功率1.6W，光譜線寬<1GHz，并且通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)選頻元件可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，調(diào)諧范圍~5GHz，兩正交方向的M2因

3、子分別為1.305和1.389，功率漂移小于2％，頻率漂移小于100MHz。
　　3、開展銣蒸氣激光放大器實(shí)驗(yàn)研究，首先搭建單級(jí)放大銣MOPA系統(tǒng)，在種子光功率1.6W條件下實(shí)現(xiàn)26W放大激光輸出，總光-光轉(zhuǎn)換效率34%，相對(duì)于吸收泵浦光的激光轉(zhuǎn)換效率53%，對(duì)比分析了放大前后激光的強(qiáng)度分布和光譜分布特征，并與理論仿真結(jié)果定性一致；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步搭建兩級(jí)放大銣MOPA系統(tǒng)，在種子光功率1.4W條件下實(shí)現(xiàn)11W放大激光輸出，分析了

4、其放大效果低于單放大器的原因，評(píng)估并分析了實(shí)現(xiàn)高效多級(jí)放大堿金屬激光的主要物理?xiàng)l件。
　　4、在前面的研究過程中觀察到堿金屬激光窗口的損壞現(xiàn)象，基于時(shí)間分辨照相方法觀測(cè)了不同條件下堿金屬激光窗口的損壞過程，并分析其損傷機(jī)理。結(jié)果表明，激光窗口損傷包括熱致物理損傷和化學(xué)損傷兩種機(jī)制：熱致物理損傷機(jī)制即在高功率密度連續(xù)泵浦條件下增益介質(zhì)泵浦區(qū)域溫升會(huì)導(dǎo)致玻璃窗口材料軟化，內(nèi)外壓差導(dǎo)致窗口形變損傷；化學(xué)損傷機(jī)制即高功率密度連續(xù)泵浦條件下