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(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱耗，引起晶體的熱效應(yīng)。激光晶體的熱效應(yīng)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(yīng)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(shè)計方法并設(shè)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(yīng)；偏心泵浦對晶體內(nèi)熱效應(yīng)和熱致畸變的影響。在側(cè)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(jié)果表明：由溫度梯度導(dǎo)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(yīng)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(shù)，理論和實驗研究了多種熱沉內(nèi)的熱傳導(dǎo)問題，包括熱沉的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及散熱方式；重點研究了晶體和熱沉之間的熱傳導(dǎo)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(dǎo)性和延展性的差異，采用銀箔獲得最佳實驗結(jié)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(yīng)，著重討論短脈沖、長周期泵浦狀態(tài)下熱效應(yīng)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(yīng)的調(diào)Q方式。研究結(jié)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)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(dǎo)致倍頻效率下降。
　　 論文的第四部分，基于自適應(yīng)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