全固態(tài)高性能振蕩級激光器的研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，全固態(tài)高性能振蕩級激光器為機載觀瞄系統(tǒng)、激光雷達系統(tǒng)以及激光預(yù)警、探測系統(tǒng)等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域提供關(guān)鍵性光源。其中由于傳統(tǒng)全固態(tài)電光調(diào)Q激光器無法保證激光器在惡劣環(huán)境中運轉(zhuǎn)，采用波羅棱鏡腔有效消除對準(zhǔn)失調(diào)，降低激光功率密度，補償熱致雙折射以及調(diào)諧耦合輸出率。為獲得百瓦級高光束質(zhì)量的激光輸出，采用雙棒串接腔技術(shù)，實現(xiàn)100W-QCW-1064nm高光束質(zhì)量激光器輸出。進一步采用主振蕩+功率放大(MOPA)技術(shù)實現(xiàn)200W

2、高光束質(zhì)量的激光輸出。由于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域?qū)ψ贤?、中遠紅外全固態(tài)激光器的廣泛需求，紫外、中遠紅外非線性光學(xué)晶體及與其相關(guān)的紫外、中遠紅外全固態(tài)激光器成為國內(nèi)外材料及激光高技術(shù)領(lǐng)域研究的前沿與熱點。全固態(tài)高功率Nd∶YLF激光器因其特有的激光波長和激光特性成為可見光、紫外光/深紫外光和中遠紅外光等激光系統(tǒng)的關(guān)鍵性基頻光源。由于全固態(tài)高性能振蕩級激光器在眾多領(lǐng)域中的重要實際應(yīng)用價值而成為研究熱點。本文的研究工作主要集中在全固

3、態(tài)高功率電光調(diào)Q激光器、100W/200W高光束質(zhì)量激Nd∶YAG棒狀光器以及激光放大系統(tǒng)、全固態(tài)高功率Nd∶YLF/LBO激光器等理論和實驗研究。
　　本文的主要內(nèi)容可以歸納如下:
　　1、從Nd∶YAG激光晶體特性、泵浦結(jié)構(gòu)設(shè)計、泵浦光場分布特性、晶體的溫度分布、熱效應(yīng)形成機制分析、測量、消除等方面對激光增益介質(zhì)的熱效應(yīng)進行深入研究。在實際的研究工作中對激光增益介質(zhì)的熱管理進行有效掌控，從而實現(xiàn)全固態(tài)激光系統(tǒng)高性能運行。

4、
　　2、從理論上研究各種參量對調(diào)Q激光的影響，采用傳統(tǒng)平—平腔型實驗方案，實現(xiàn)高能量電光調(diào)Q激光輸出。為解決實驗過程中激光棒的端面容易出現(xiàn)壞點以及輸出光束質(zhì)量畸變等問題，優(yōu)化設(shè)計運用正交波羅棱鏡腔補償熱致雙折射以及消除對準(zhǔn)失調(diào)問題。利用瓊斯矩陣分析Z型正交波羅棱鏡腔運轉(zhuǎn)特性，對比幾種市售的波羅棱鏡，分析波片方位角與偏振透過率、反射臂的有效反射率、輸出臂的耦合反射率以及補償波羅棱鏡相位延遲的波片數(shù)關(guān)系。搭建零相移正交棱鏡腔和采用非

5、正常波片波羅棱鏡腔實驗系統(tǒng)，進一步驗證優(yōu)化設(shè)計出Z型波羅棱鏡腔激光器中的關(guān)鍵參數(shù)。
　　3、從理論上對雙棒串接雙凸腔模式運行特性進行研究，通過數(shù)值模擬計算不同補償條件下雙棒串接雙凸腔中光束質(zhì)量、棒中模體積、模形狀與棒溫差和雙棒間距離的關(guān)系。進一步優(yōu)化設(shè)計實驗方案，實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量激光輸出:理論分析和數(shù)值計算棒內(nèi)TEM00光束尺寸以及雙棒串接雙凸腔穩(wěn)區(qū)運行特性;理論分析和數(shù)值計算雙棒諧振腔中光學(xué)元件未對準(zhǔn)靈敏度特性。相關(guān)計算結(jié)

6、果可為后續(xù)雙凸雙棒串接腔以及雙棒串接四鏡環(huán)行腔實驗提供詳細的理論指導(dǎo)。
　　4、設(shè)計雙凸直腔和L型腔結(jié)構(gòu)，采用雙棒串接技術(shù)，利用熱近非穩(wěn)腔選模特性，實現(xiàn)100W-QCW-1064nm（M2＜1.5，峰值功率1250W）高光束質(zhì)量非偏振和偏振激光輸出。進一步采用MOPA技術(shù)，實現(xiàn)200W-QCW-1064nm（M2＜1.5，峰值功率2500W）高光束質(zhì)量激光輸出。在200W-QCW-1064nm高光束質(zhì)量激光器實驗研究基礎(chǔ)之上，進行

7、整體激光系統(tǒng)工程化研究。對其整體放大激光系統(tǒng)的光斑抖動特性進行研究，滿足工程化研究應(yīng)用要求。并依據(jù)測試的結(jié)果，對整體激光系統(tǒng)下一步工程化研究工作打下良好的基礎(chǔ)。
　　5、通過對Nd∶YLF晶體以及Nd∶YLF激光頭各項性能研究。運用倍頻理論，理論分析和計算LBO晶體的相位匹配特性、有效非線性系數(shù)、臨界及非臨界相位匹配參量。討論環(huán)行腔運行特性，為后續(xù)環(huán)行腔結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論指導(dǎo)。采用雙棒串接c軸垂直放置、中間加旋光晶體等措施補償熱透鏡

8、效應(yīng)的各向異性。通過在晶體及腔鏡鍍1微米波長減反膜的方式抑制1微米激光振蕩。雙棒串接短腔實現(xiàn)高功率28W-QCW-1321nm高功率、高光束質(zhì)量激光輸出。據(jù)我們所知，此結(jié)果在全固態(tài)雙棒狀串接準(zhǔn)連續(xù)1321nm Nd∶YLF激光器中，其輸出功率達到先進水平。在短腔實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)18W-QCW-1321nm基頻激光輸出。進一步采用非線性頻率變化技術(shù)實現(xiàn)6W-QCW-660nm倍頻激光輸出。理論分析330nm紫外激光輸