高亮度多級固體激光放大系統(tǒng)及光參量振蕩技術(shù)的研究.pdf

1、本論文主要研究內(nèi)容包含兩部分:基于球差補償理論的高功率、高光束質(zhì)量主振蕩放大(MOPA)激光器的設計與實現(xiàn);高功率、高斜效率的光參量振蕩器(OPO)的研究與實現(xiàn)。
　　高功率光參量振蕩器的實現(xiàn)離不開高功率、高光束質(zhì)量的激光泵浦源。本文采用的主振蕩放大激光器是一種非常常見的高功率激光器實現(xiàn)方案。而高功率固體激光器在進行激光放大的同時往往伴隨著光束質(zhì)量的惡化，本文對熱致球差現(xiàn)象進行了理論分析，分析結(jié)果表明熱致球差是引起光束質(zhì)量惡化的一

2、個重要原因。通過數(shù)值模擬，還發(fā)現(xiàn)光束的波前球差將隨著激光光束的傳播而發(fā)生變化，甚至由正球差轉(zhuǎn)變?yōu)樨撉虿?。利用這一特性，可以使用熱致球差來補償激光光束波前自身的球差。實驗中分別選取了輸出光束質(zhì)量較好的側(cè)面泵浦激光器和光纖激光器作為主振蕩器，使用端面泵浦激光放大器進行功率放大。兩個相同的激光放大器成為一組，激光光束波前在經(jīng)過第一個放大器后引入正球差，經(jīng)過一定距離的傳播后球差轉(zhuǎn)負，再使用相同的放大器進行球差補償。通過波前球差補償技術(shù)，在側(cè)面泵

3、浦-端面泵浦混合MOPA和光纖-固體混合MOPA實驗中獲得了高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出，其中光纖-固體混合MOPA實驗中，通過兩級光纖預放大、四級端面泵浦固體激光功率放大，獲得了百瓦級、百兆赫茲重復頻率、納秒脈沖1.064μm激光輸出，光束質(zhì)量因子M2控制在1.5以內(nèi)。
　　使用上述側(cè)面泵浦-端面泵浦混合MOPA系統(tǒng)作為泵浦源構(gòu)建了高功率光參量振蕩器。本文從三波混頻耦合波方程出發(fā)，使用分步傅里葉算法對光參量振蕩器進行了數(shù)值模擬。

4、數(shù)值模擬中通過調(diào)節(jié)閑頻光吸收系數(shù)和諧振腔腔鏡的反射率兩種方式改變光參量振蕩器的諧振腔損耗，分別對脈沖OPO和連續(xù)OPO進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，在高功率光參量振蕩器中，逆轉(zhuǎn)換效應將極大的影響光參量轉(zhuǎn)換的效率。根據(jù)耦合波方程可知，諧振腔損耗是控制逆轉(zhuǎn)換效應的重要方法。通過一系列數(shù)值模擬可知，諧振腔損耗存在最佳取值，該取值需要與泵浦光功率相匹配。實驗中分別構(gòu)建了基于PPLN的脈沖泵浦OPO和連續(xù)泵浦OPO，泵浦激光器為自行搭建的側(cè)面泵浦激光

5、器，光束質(zhì)量因子M2控制在1.3以內(nèi)，兩者的實驗結(jié)果均證實了數(shù)值模擬的分析結(jié)果。脈沖泵浦OPO實驗中，使用溫控爐控制閑頻光波長，進而改變晶體中閑頻光吸收系數(shù)，分析得到在OPO中適當?shù)拈e頻光吸收將有利于光參量轉(zhuǎn)換。連續(xù)泵浦OPO實驗中，同樣通過溫度調(diào)諧閑頻光波長，進而在小范圍內(nèi)對腔鏡反射率進行選擇，可以明顯的看到閑頻光輸出斜效率的改變。其中在連續(xù)泵浦OPO中，在合適的腔鏡反射率下，閑頻光輸出的斜效率最高可以達到62.1％?；谏鲜隼碚撆c實