LD端面泵浦激光晶體熱效應(yīng)分析及倍頻研究.pdf

1、激光二級(jí)管(LaLser-Diode,LD)泵浦的全固態(tài)激光器具有體積小、效率高、穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)防、光電子產(chǎn)業(yè)、光通訊和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用.激光晶體是全固態(tài)激光器(DPSL)中最重要的核心部分,在很大程度上它決定了激光器的輸出特性.激光晶體的熱效應(yīng)一直是激光二極管抽運(yùn)的全固態(tài)激光器研究的熱點(diǎn)之一.目前,在適合于DPSL,的各類激光晶體中,Nd∶YVO<,4>和Nd∶YVO<,4>以其優(yōu)良的物理、化學(xué)及激光特性,被

2、廣泛的應(yīng)用在各類激光產(chǎn)品中.本論文介紹了LD泵浦Nd∶YVO<,4>-KTP綠光激光器,Nd∶GdYVO<,4>-KTP綠光激光器,Nd∶YAG-LBO藍(lán)光激光器.對(duì)于周邊恒溫冷卻的圓形截面Nd∶YAG和矩形截面Nd∶YVO<,4>,Nd∶GdVO<,4>,Nd∶GdYVO<,4>晶體的熱效應(yīng)進(jìn)行了理論計(jì)算.其主要內(nèi)容可概括如下: 1.首先對(duì)全固態(tài)激光器的歷史、發(fā)展進(jìn)行了回顧,介紹了全固態(tài)激光器的主要特性;簡(jiǎn)單介紹了幾種常用的、

3、適于端面泵浦的激光晶體. 2.分析了LD泵浦圓形截面激光晶體熱效應(yīng)的基本理論,并根據(jù)理論實(shí)際計(jì)算了周邊恒溫冷卻的圓形截面Nd∶YAG晶體內(nèi)部溫度場(chǎng)分布.研究結(jié)果表明:當(dāng)其他條件不變時(shí),隨著Nd離子摻雜濃度增加,Nd∶YAG晶體端面中心溫度升高,而晶體中心軸溫度衰減越快.對(duì)于相同晶體,在泵浦功率一定時(shí),隨著泵浦光斑半徑減小,Nd∶YAG晶體端面中心溫度升高.最后介紹分析了LD泵浦矩形截面激光晶體熱效應(yīng)的基本理論,并根據(jù)理論實(shí)際分析

4、了周邊恒溫冷卻的矩形截面Nd∶YVO<,4>,Nd∶GdVO<,4>和Nd∶GdYVO<,4>激光晶體內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布,計(jì)算了端面泵浦時(shí)Nd∶YVO<,4>,Nd∶GdVO<,4>和Nd∶GdYVO<,4>激光晶體在相同條件下泵浦端面達(dá)到熱平衡后的熱形變量.并得出了偏心泵浦情況下的Nd∶YVO<,4>,Nd∶GdVO<,4>和Nd∶GdYVO<,4>激光晶體內(nèi)部溫度場(chǎng). 3.第三章簡(jiǎn)單介紹了四能級(jí)速率方程,得到了閾值附近的輸出功

5、率和斜效率以及強(qiáng)泵浦下的輸出功率和斜效率.分析了影響輸出功率的因素.推導(dǎo)出了連續(xù)泵浦和脈沖泵浦情況的輸入輸出功率間關(guān)系.簡(jiǎn)單介紹了非線性光學(xué)混頻理論以及相位匹配理論.從耦合波方程出發(fā),得出了第Ⅰ和Ⅱ類相位匹配正交耦合時(shí)的倍頻解.4.簡(jiǎn)單介紹和分析了全固態(tài)綠光激光器的發(fā)展和現(xiàn)狀以及Nd:YVO<,4>, Nd:GdYVO<,4>晶體的激光特性.采用平平直腔對(duì)比了連續(xù)泵浦和脈沖泵浦情況下, Nd:YVO<,4>和Nd:GdYVO<,4>晶體

6、的基頻特性.連續(xù)泵浦情況下,泵浦功率為10.64W時(shí)分別獲得了6.29W和5.35W的1.06μm基頻輸出,光一光轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到59.1﹪和50.3﹪,斜效率分別達(dá)到68.8﹪和58.1﹪.脈沖泵浦情況下,得到了Nd:YVO<,4>, Nd:GdYVO<,4>晶體對(duì)應(yīng)不同輸出透過(guò)率的輸入輸出曲線;比較了兩種晶體在T=10﹪時(shí)的輸入輸出曲線,同時(shí)比較了兩種晶體在T=10﹪時(shí)脈沖與連續(xù)泵浦的輸出功率.實(shí)驗(yàn)表明,脈沖泵浦時(shí)激光增益明顯要高于

7、連續(xù)泵浦時(shí). 根據(jù)ABCD矩陣,計(jì)算了諧振腔參數(shù),選取了更有利壓縮KTP上光斑半徑的V腔進(jìn)行腔內(nèi)倍頻.在泵浦功率為6.71W時(shí)分別獲得了2.34W和1.73W的穩(wěn)定倍頻綠光輸出,光一光轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到34.9﹪和25.8﹪.根據(jù)第三章中理論公式,借助計(jì)算機(jī)軟件,擬和了Nd:YVO<,4>和Nd:GdYVO<,4>連續(xù)和脈沖泵浦情況下,基頻的輸出功率.并得到了Nd:YVO<,4>和Nd:GdYVO<,4>綠光激光器輸出功率的理論曲