全固態(tài)高性能振蕩級激光器的研究.pdf

1、隨著激光技術的飛速發(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)以及激光預警、探測系統(tǒng)等應用技術領域提供關鍵性光源。其中由于傳統(tǒng)全固態(tài)電光調Q激光器無法保證激光器在惡劣環(huán)境中運轉，采用波羅棱鏡腔有效消除對準失調，降低激光功率密度，補償熱致雙折射以及調諧耦合輸出率。為獲得百瓦級高光束質量的激光輸出，采用雙棒串接腔技術，實現100W-QCW-1064nm高光束質量激光器輸出。進一步采用主振蕩+功率放大(MOPA)技術實現200W

2、高光束質量的激光輸出。由于高新技術產業(yè)、科學研究的前沿領域對紫外、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晶體及與其相關的紫外、中遠紅外全固態(tài)激光器成為國內外材料及激光高技術領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域中的重要實際應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Q激光器、100W/200W高光束質量激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。
　　本文的主要內容可以歸納如下:
　　1、從Nd∶YAG激光晶體特性、泵浦結構設計、泵浦光場分布特性、晶體的溫度分布、熱效應形成機制分析、測量、消除等方面對激光增益介質的熱效應進行深入研究。在實際的研究工作中對激光增益介質的熱管理進行有效掌控，從而實現全固態(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Q激光的影響，采用傳統(tǒng)平—平腔型實驗方案，實現高能量電光調Q激光輸出。為解決實驗過程中激光棒的端面容易出現壞點以及輸出光束質量畸變等問題，優(yōu)化設計運用正交波羅棱鏡腔補償熱致雙折射以及消除對準失調問題。利用瓊斯矩陣分析Z型正交波羅棱鏡腔運轉特性，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關系。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)化設計出Z型波羅棱鏡腔激光器中的關鍵參數。
　　3、從理論上對雙棒串接雙凸腔模式運行特性進行研究，通過數值模擬計算不同補償條件下雙棒串接雙凸腔中光束質量、棒中模體積、模形狀與棒溫差和雙棒間距離的關系。進一步優(yōu)化設計實驗方案，實現高功率、高光束質量激光輸出:理論分析和數值計算棒內TEM00光束尺寸以及雙棒串接雙凸腔穩(wěn)區(qū)運行特性;理論分析和數值計算雙棒諧振腔中光學元件未對準靈敏度特性。相關計算結

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。
　　4、設計雙凸直腔和L型腔結構，采用雙棒串接技術，利用熱近非穩(wěn)腔選模特性，實現100W-QCW-1064nm（M2＜1.5，峰值功率1250W）高光束質量非偏振和偏振激光輸出。進一步采用MOPA技術，實現200W-QCW-1064nm（M2＜1.5，峰值功率2500W）高光束質量激光輸出。在200W-QCW-1064nm高光束質量激光器實驗研究基礎之上，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，滿足工程化研究應用要求。并依據測試的結果，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。
　　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、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)行腔結構設計提供理論指導。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。雙棒串接短腔實現高功率28W-QCW-1321nm高功率、高光束質量激光輸出。據我們所知，此結果在全固態(tài)雙棒狀串接準連續(xù)1321nm Nd∶YLF激光器中，其輸出功率達到先進水平。在短腔實驗的基礎上，設計四鏡環(huán)形腔結構，實現18W-QCW-1321nm基頻激光輸出。進一步采用非線性頻率變化技術實現6W-QCW-660nm倍頻激光輸出。理論分析330nm紫外激光輸