MOPA結構堿金屬激光器理論與實驗研究.pdf

1、DPAL的諸多物理優(yōu)勢決定其潛在的超高功率單口徑輸出能力，其定標放大的實現主要有單諧振腔功率提升和主振功放MOPA結構兩種方案；相比之下，MOPA結構易于實現高光束質量輸出，便于諧振腔以及放大模塊的流場設計與熱管理，具有潛在的相對優(yōu)勢。本文從理論和實驗兩個方面開展堿金屬激光放大器研究，主要包括以下幾個方面內容：
　　1、建立堿金屬激光放大器理論模型，在基本三能級工作過程的基礎上進一步考慮ASE效應、高能級躍遷、原子電離與復合以及擴

2、散過程的影響，并提出相應的數值算法；通過與文獻實驗數據對比驗證模型的有效性；仿真計算與分析堿金屬原子濃度、增益介質長度、種子光強以及泵浦光強等主要運行參量對堿金屬激光放大器性能的影響，對光泵浦三能級激光器的飽和強度進行了理論推導和分析。
　　2、搭建半導體泵浦銣蒸氣激光器作為放大器種子光源，實現單橫模和單縱模輸出，輸出功率1.6W，光譜線寬<1GHz，并且通過調節(jié)腔內選頻元件可以實現頻率調節(jié)，調諧范圍~5GHz，兩正交方向的M2因

3、子分別為1.305和1.389，功率漂移小于2％，頻率漂移小于100MHz。
　　3、開展銣蒸氣激光放大器實驗研究，首先搭建單級放大銣MOPA系統(tǒng)，在種子光功率1.6W條件下實現26W放大激光輸出，總光-光轉換效率34%，相對于吸收泵浦光的激光轉換效率53%，對比分析了放大前后激光的強度分布和光譜分布特征，并與理論仿真結果定性一致；在此基礎上進一步搭建兩級放大銣MOPA系統(tǒng)，在種子光功率1.4W條件下實現11W放大激光輸出，分析了

4、其放大效果低于單放大器的原因，評估并分析了實現高效多級放大堿金屬激光的主要物理條件。
　　4、在前面的研究過程中觀察到堿金屬激光窗口的損壞現象，基于時間分辨照相方法觀測了不同條件下堿金屬激光窗口的損壞過程，并分析其損傷機理。結果表明，激光窗口損傷包括熱致物理損傷和化學損傷兩種機制：熱致物理損傷機制即在高功率密度連續(xù)泵浦條件下增益介質泵浦區(qū)域溫升會導致玻璃窗口材料軟化，內外壓差導致窗口形變損傷；化學損傷機制即高功率密度連續(xù)泵浦條件下