重復(fù)頻率Yb-YAG激光系統(tǒng)ASE及能流特性研究.pdf

1、“高效、重頻、寬帶”的DPSSL激光驅(qū)動器是慣性約束激光驅(qū)動器的一個發(fā)展方向。采用高功率LD陣列作為泵浦源，Yb激光晶體或陶瓷作為激光材料可以帶來更高的系統(tǒng)效率和可靠性同時滿足寬帶傳輸?shù)男枰?，采用主動的冷卻方式可以得到更高的重復(fù)頻率。
　　為了獲得高的能量和輸出功率，放大器的大口徑和高增益會帶來嚴(yán)重的自發(fā)輻射放大(ASE)。ASE嚴(yán)重降低激光介質(zhì)的儲能密度和效率，引起介質(zhì)內(nèi)儲能再分布，使光束空間增益均勻性受到破壞。重頻強泵浦時，Y

2、b介質(zhì)溫升十分顯著，除了影響光束質(zhì)量外，更重要的是介質(zhì)溫升會造成激光下能級的堵塞，介質(zhì)內(nèi)儲能的提取效率顯著下降。抑制ASE和高效熱管理對放大器的設(shè)計有著至關(guān)重要的意義。同時，由于Yb材料本身的特性，要實現(xiàn)大激光輸出能量下的系統(tǒng)高效率，激光系統(tǒng)會運行在近損傷閾值的高通量下。高效激光提取和光學(xué)元件損傷對激光通量的要求成為激光系統(tǒng)能流設(shè)計的關(guān)鍵問題。
　　本文采用理論模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，研究了脈沖儲能型重復(fù)頻率片狀Yb∶YAG激

3、光器的泵浦過程和能量提取過程。在Yb3+離子泵浦動力學(xué)的基礎(chǔ)上，建立了三維含時的泵浦過程中的自發(fā)輻射放大模型以及三維的激光提取模型?；谏鲜瞿Ｐ?，討論了介質(zhì)尺寸、摻雜濃度及厚度、介質(zhì)溫度對自發(fā)輻射放大效應(yīng)、儲能均勻度、光-光轉(zhuǎn)換效率以及可提取總能量的影響，給出了放大器參數(shù)的優(yōu)化方法。應(yīng)用以上優(yōu)化方法，同時考慮激光通量的限制，設(shè)計了以獲得10HZ/20J/10ns激光脈沖輸出為目的的激光系統(tǒng)。本文給出了一些關(guān)于抑制ASE的新方法，同時進(jìn)行

4、了理論分析。進(jìn)行了調(diào)Q振蕩器實驗與片狀放大器增益實驗，通過模擬計算與實驗結(jié)果比較，驗證了理論模型的正確性。
　　本研究工作在以下幾個方面取得了創(chuàng)新性的結(jié)果:
　　1.建立了激光系統(tǒng)三維含時的自發(fā)輻射放大模型以及三維的激光提取模型，并進(jìn)行實驗驗證。
　　2.計算得出了儲能型Yb∶YAG激光器不宜低溫運行的結(jié)論。
　　3.將抑制ASE和熱管理進(jìn)行了有機的耦合。
　　4.基于Yb∶YAG激光材料開展了新一代高效率