LD端泵摻Nd3+準(zhǔn)三能級(jí)激光器散熱及熱補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、激光二極管抽運(yùn)的全固態(tài)激光器(DPSSL)以其高效率、小型化、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為近20年來(lái)激光領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。而端泵摻Nd3+準(zhǔn)三能級(jí)激光器由于其特有的0.9μm激光輸出，也受到研究人員的廣泛關(guān)注。但由于端泵激光器內(nèi)部的溫度不均勻分布和準(zhǔn)三能級(jí)結(jié)構(gòu)固有嚴(yán)重的熱效應(yīng)影響，限制其向高功率、高光束質(zhì)量方向發(fā)展。鑒于此，本論文致力于通過(guò)對(duì)摻Nd3+準(zhǔn)三能級(jí)0.9μm激光器的熱效應(yīng)和散熱機(jī)制的分析，利用銦封技術(shù)和非穩(wěn)腔技術(shù)對(duì)激光器的散熱能力進(jìn)行改

2、善，提高摻Nd3+準(zhǔn)三能級(jí)激光器的輸出性能。
　　本文首先基于Nd:GdVO4晶棒中的Nd3+復(fù)雜能級(jí)，詳細(xì)分析了摻Nd3+準(zhǔn)三能級(jí)激光器的產(chǎn)熱機(jī)制，并通過(guò)ANSYS軟件模擬對(duì)比了準(zhǔn)三能級(jí)激光器和四能級(jí)激光器內(nèi)部的溫度和熱應(yīng)力分布。在此基礎(chǔ)上，利用諧振腔穩(wěn)定法、干涉條紋法和光束質(zhì)量反推法測(cè)量出Nd:GdVO4準(zhǔn)三能級(jí)激光器嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)，其最短熱焦距在20～40 mm之間，遠(yuǎn)小于四能級(jí)激光器的熱焦距。
　　基于傳熱學(xué)原理，

3、模擬了不同邊界換熱系數(shù)條件下激光介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布和端面形變量，說(shuō)明提高邊界換熱系數(shù)的必要性。根據(jù)擴(kuò)散焊原理，詳細(xì)研究了銦封的微觀作用過(guò)程。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化銦封過(guò)程參量。在此基礎(chǔ)上，利用銦封后的Nd:GdVO4激光器，進(jìn)行了912nm激光實(shí)驗(yàn)，在平-凹腔條件下獲得了最大14.3W的功率輸出，相比采用普通銦包熱沉的激光器最大輸出功率提高了1.5W。在采用平-平腔條件下，采用銦封技術(shù)的激光器最大輸出功率為12.5W，具有良好的光束質(zhì)量（M

4、2=3.02）和光強(qiáng)分布，優(yōu)于同等條件下的銦包激光器，明顯地改善了Nd:GdVO4912nm激光器的輸出性能。
　　根據(jù)諧振腔傳輸原理和所測(cè)得的熱透鏡焦距，設(shè)計(jì)出一組可對(duì)熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行熱補(bǔ)償?shù)姆欠€(wěn)腔，并對(duì)其腔內(nèi)振蕩光斑隨輸入泵浦功率變化關(guān)系進(jìn)行了模擬，說(shuō)明了非穩(wěn)腔在高功率情況下對(duì)熱透鏡效應(yīng)良好的補(bǔ)償作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了非穩(wěn)腔和穩(wěn)定腔在25mm短腔時(shí)的912nm激光輸出特性，利用f=150mm的凸-凹腔（凹面鏡R=200 mm）獲得

5、最大14.2W的912nm激光輸出，相比平-凹腔功率輸出提升了1.8W，而且還未進(jìn)入飽和區(qū)間。在腔長(zhǎng)為45mm時(shí)，在采用平面輸出鏡的條件下，可明顯觀察到諧振腔的穩(wěn)定區(qū)間隨凸面鏡曲率半徑的減小，向高功率方向移動(dòng)。當(dāng)f=25mm時(shí)，利用凸-平腔獲得最大6.5W的912nm激光輸出，高于平-平腔的5.3W輸出。
　　在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)調(diào)Q理論分析，進(jìn)行了912nm聲光調(diào)Q脈沖激光運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)頻率為10kHz時(shí)，f=100mm的凸-