高功率端面泵浦基模固體激光器及光纖相位共軛鏡改善光束質(zhì)量研究.pdf

1、本論文的主要內(nèi)容分為兩個部分：高功率端面泵浦基模固體激光器和大口徑錐度光纖相位共軛鏡及其在高重頻大能量MOPA激光系統(tǒng)中的應用。
　　 端面泵浦結(jié)構(gòu)中，泵浦光采用會聚方式進入晶體，因此在晶體中形成了嚴重的熱透鏡效應。本文第二章采用解析方法對晶體內(nèi)部的溫度場進行求解，并通過計算光程差分布得到晶體熱透鏡焦距。分析了熱透鏡效應對基模輸出功率的限制以及鍵合晶體在緩解晶體熱效應方面所具有的優(yōu)勢。并通過實測熱透鏡焦距引出了晶體熱透鏡光焦度的

2、非線性變化效應。
　　 泵浦耦合系統(tǒng)是端面泵浦方式中不可或缺的一部分，對泵浦光最后在晶體內(nèi)的束腰位置以及光斑半徑大小具有重要影響，我們通過數(shù)值方法計算了泵浦耦合系統(tǒng)中各個參量對其最終的成像位置以及光斑半徑的影響，對我們的實驗工作具有重要指導意義。
　　 能量傳遞上轉(zhuǎn)換(ETU)效應作為一種光譜損耗機制，對強泵浦條件下的激光晶體具有重要影響。本文第三章對不考慮ETU效應和考慮ETU效應的端面泵浦固體激光器的速率方程理論進行

3、了對比分析，指出ETU效應能夠?qū)е戮w上能級壽命的縮短、上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的減少、激光器閾值的提升以及熱轉(zhuǎn)換系數(shù)的增大。將ETU效應與激光晶體內(nèi)基模光斑半徑隨泵浦功率的變化關(guān)系綜合考慮，解釋了由ETU效應導致的激光晶體熱透鏡光焦度的非線性變化效應。最后指出通過選用大泵浦光斑和低摻雜的晶體可以有效地緩解ETU效應，獲得更好的激光器輸出性能。
　　 諧振腔作為將泵浦源和激光增益介質(zhì)聯(lián)系在一起的紐帶，對基模輸出功率和效率具有重要的影響。

4、因此，本文第四章的第一部分在對熱透鏡腔和動態(tài)穩(wěn)定腔的基本理論進行闡述后，結(jié)合實驗工作，著重對平平非對稱腔兩臂長的作用、腔鏡曲率的作用以及腔內(nèi)補償透鏡的作用進行了分析。在第二部分中，重點闡述了球差效應的形成過程、度量方法及其對諧振腔輸出激光光束質(zhì)量的影響、對諧振腔本征模的影響、對最大泵浦功率的限制、對頻率簡并的影響等，并對球差效應的補償和規(guī)避方法進行了歸納。第三部分中，我們在分析球差效應對諧振腔穩(wěn)定區(qū)影響后，發(fā)現(xiàn)雖然它對對稱平平腔僅影響穩(wěn)

5、定區(qū)的后沿，但是對非對稱平平腔，則主要影響其穩(wěn)定區(qū)Ⅰ的前沿，這樣就會造成不同階次橫模穩(wěn)定區(qū)的分離，所以我們提出了一種基于“熱透鏡球差效應+非對稱平平諧振腔”致使不同橫模穩(wěn)定區(qū)分離的橫模選擇機制，這也是我們在實驗中使用端面泵浦固體激光器獲得高功率基模激光輸出的理論前提。
　　 基于以上的理論分析，在實驗上制備了：①、基于雙端泵浦Nd：GdVO4晶體的36W基模固體激光器；②、基于雙端泵浦尺寸為3×3×(2+11+2)mm3的Nd：

6、YVO4復合晶體的30W量級基模固體激光器，另外結(jié)合聲光調(diào)Q技術(shù)可以使其穩(wěn)定工作在200kHz重復頻率下；③、基于雙端泵浦尺寸為3×3×(2+16+2)mm3的Nd：YVO4復合晶體的50W量級基模固體激光器，結(jié)合聲光調(diào)Q技術(shù)可以使其穩(wěn)定工作在600kHz重復頻率下。
　　 優(yōu)質(zhì)基頻光源的獲得，為我們開展非線性光學頻率變換方面的工作提供了堅實的基礎(chǔ)。作為應用，我們對基于周期性疇極化反轉(zhuǎn)摻鎂鈮酸鋰(PPMgOLN)晶體的中紅外光學

7、參量振蕩器進行了初步實驗，在2.7μm和3.8μm波段均獲得了大于3 W的激光輸出，在4.3μm波段也獲得了小功率輸出。
　　 基于受激布里淵散射(SBS)的相位共軛鏡具有實時補償激光放大器熱畸變的功效。我們研制了一種可在高重復頻率(1000 Hz)、大脈沖能量(40 mJ)條件下穩(wěn)定工作的大口徑錐度光纖相位共軛鏡，并能達到最高70％的SBS反射率。實驗研究了光纖端面質(zhì)量以及泵浦脈沖寬度對相位共軛鏡反射率的影響。對熔石英棒布里淵