LD端泵Nd-GdVO4熱透鏡效應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)的研究.pdf

1、激光二極管泵浦的固態(tài)激光器(DPSSL)具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。隨著DPSSL的進(jìn)一步發(fā)展，人們對其要求已不僅僅局限在高的輸出功率上，還需要有好的光束質(zhì)量，高功率高光束質(zhì)量激光器的用途更加廣泛。但隨著激光器泵浦功率的增大，激光晶棒的熱效應(yīng)越來越明顯，熱效應(yīng)導(dǎo)致激光器光束質(zhì)量變差，幾乎影響了激光器的所有性能，限制了特定腔方案激光器的發(fā)展及應(yīng)用。Nd:GdVO4晶棒具有高的熱導(dǎo)率、大的發(fā)射截面和吸收截面、適中的壽命和偏

2、振激光輸出等優(yōu)點(diǎn)，更適合作為高功率、高光束質(zhì)量及高重頻調(diào)Q的DPSSL的激光介質(zhì)，國內(nèi)外對它的研究有日趨增多的趨勢。為此，我們采用非穩(wěn)腔方案可對Nd:GdVO4這類較為優(yōu)異激光晶棒的熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而獲得高功率高光束質(zhì)量的激光輸出。
　　本文是以獲得高功率、高光束質(zhì)量激光輸出為目的展開論述。通過四能級速率方程理論推導(dǎo)了連續(xù)輸出的閾值功率和斜坡效率表達(dá)式，并分析了端泵時(shí)振蕩光和泵浦光的空間表達(dá)式，推導(dǎo)了在平-平腔中影響激光器模

3、式匹配的重疊效率因子，研究了泵浦光功率、泵浦光束腰半徑、腔長及晶棒在諧振腔中不同位置對重疊效率因子的影響，并用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。
　　以解析理論分析為基礎(chǔ)，建立了符合激光晶棒工作狀態(tài)的熱模型，利用熱傳導(dǎo)泊松方程，研究了Nd:GdVO4晶棒受到具有高斯分布的端面入射光時(shí)激光晶棒的溫度場分布、晶棒端面熱形變分布、晶棒端面溫度梯度分布及晶棒衍射損耗情況，并考慮了泵浦光偏離Nd:GdVO4晶棒中心時(shí)的熱效應(yīng)分布情況。
　　測量了Nd:G

4、dVO4晶棒的熱透鏡焦距，根據(jù)含有薄正透鏡（熱透鏡）的直線腔TEM00模振蕩理論，模擬分析了平-凸腔的TEM00模輸出性能。選用平-凸非穩(wěn)腔對激光晶棒的熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，用傳輸矩陣方法研究了平-凸腔的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)研究了腔長和平凸腔鏡曲率半徑對非穩(wěn)腔的影響，并對平-凸腔和平-平腔輸出性能進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。當(dāng)P=in17W時(shí)，對平-凸非穩(wěn)腔Nd:GdVO4激光器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到P=out7.2W，M=21.25、xM=y21.32好的輸出