二極管泵浦固體激光器若干重要問題的研究.pdf

1、本文研究了激光二極管泵浦固體激光器的若干問題。激光晶體吸收的泵浦光能量中部分轉化為熱能，產(chǎn)生熱耗，引起晶體的熱效應。激光晶體的熱效應是影響DPL功率、空域、時域、頻域等特性的重要因素。本文研究的重點是激光晶體空域和時域熱效應以及其對激光器性能的影響；本文還討論了聲光調(diào)Q激光器脈沖的產(chǎn)生、形態(tài)和輸出特性；研究了激光二極管端面泵浦峰值功率百千瓦級緊湊型聲光調(diào)Q Nd：YAG激光器設計方法并設計了軟件。論文主要內(nèi)容分為四部分：
　　

2、論文第一部分，對晶體內(nèi)空間非均勻分布的熱耗及散熱狀況進行了綜合研究，采用解析法和有限單元法分析了泵浦光空間分布對晶體內(nèi)溫度分布和熱致畸變的影響。在端面泵浦條件下，研究了晶體熱透鏡的球差效應；偏心泵浦對晶體內(nèi)熱效應和熱致畸變的影響。在側面泵浦條件下，研究了晶體內(nèi)泵浦光空間分布的影響因素，晶體的熱致畸變規(guī)律。研究結果表明：由溫度梯度導致的熱透鏡不能簡單的采用理想透鏡等效，熱透鏡焦距隨晶體徑向位置而改變；當平行光入射晶體后，不同徑向位置的出射

3、光不能匯聚在光軸上同一點，在不同軸向位置處觀察到的出射光呈彌散斑；晶體的衍射損耗受泵浦光與振蕩光半徑之比、泵浦功率以及超高斯泵浦光階數(shù)的影響；當偏心泵浦時，晶體的熱致畸變效應發(fā)生了偏移；隨著偏心度的增大，晶體端面溫度最高值的位置逐漸移動且最高值下降。
　　 研究了激光晶體的散熱技術，理論和實驗研究了多種熱沉內(nèi)的熱傳導問題，包括熱沉的材質(zhì)、結構及散熱方式；重點研究了晶體和熱沉之間的熱傳導問題，將銦箔、銀箔、鋁箔和碳納米管等分別作為

4、晶體和熱沉之間填充材料進行了實驗研究，由于材料熱傳導性和延展性的差異，采用銀箔獲得最佳實驗結果。
　　 論文第二部分，研究脈沖激光二極管泵浦激光器中激光晶體的時變熱效應，著重討論短脈沖、長周期泵浦狀態(tài)下熱效應的時變過程。研究中引入晶體的熱弛豫時間并分析其影響因素；分析了激光晶體的熱波動對諧振腔的影響；提出了幾種基于激光晶體熱效應的調(diào)Q方式。研究結果表明：晶體溫度時變過程，受泵浦光、晶體特性和散熱條件影響，溫度上升過程主要受泵浦光

5、和晶體摻雜濃度的影響；下降過程主要受晶體尺寸、熱物性參數(shù)以及散熱條件的影響。在周期性脈沖泵浦條件下，晶體中溫度最終呈周期性變化，溫度梯度周期性波動，并且受到熱弛豫時間的影響。強烈的熱弛豫變化，引起晶體的溫度、折射率、熱透鏡和諧振腔急劇變化，使得整個脈沖過程中，受熱透鏡影響的諧振腔結構始終隨時間變化，上述現(xiàn)象在短脈沖、長周期即低時間占空比的脈沖激光器中表現(xiàn)更加嚴重。
　　 論文的第三部分，研究了腔內(nèi)倍頻聲光調(diào)Q Nd：YAG激光器

6、中的若干問題，包括輸出激光脈沖的形成過程及影響因素；完全相位匹配時KTP晶體長度和諧振腔參數(shù)對激光輸出的影響；KTP晶體的熱效應對相位匹配的影響；考慮到完全相位匹配較難實現(xiàn)，本文研究了相位失配的程度對激光輸出的影響。結果表明：倍頻過程加劇了激光脈沖的時域非對稱性；基頻光功率提高使KTP晶體溫度升高、折射率改變及相位失配程度加劇，導致倍頻效率下降。
　　 論文的第四部分，基于自適應調(diào)整算法，完成了激光二極管端面泵浦峰值功率百千瓦級