大口徑Nd-YAG薄片激光關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、薄片激光器是一種新穎的固體激光器，其獨(dú)特的介質(zhì)構(gòu)型能夠?qū)す馄鬟\(yùn)行中產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行有效管理，具有同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高光束質(zhì)量激光輸出的潛力。薄片激光器自問(wèn)世以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其物理與技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。但是對(duì)大口徑薄片激光器，徑向自發(fā)輻射放大(ASE)的特性研究較少，特別是高能脈沖工作時(shí)ASE對(duì)激光效率影響規(guī)律的認(rèn)知還很有限。薄片的退偏情況在小口徑薄片激光系統(tǒng)中不嚴(yán)重，但在大口徑薄片激光器中，由于材料加工、裝夾及熱負(fù)載等因素，會(huì)

2、引起嚴(yán)重的退偏，造成光束質(zhì)量的退化。另外，現(xiàn)有薄片激光器基本上均采用穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，隨著激光功率及光束質(zhì)量需求的不斷提高，需要對(duì)薄片激光器采用大模體積非穩(wěn)腔的技術(shù)進(jìn)行深入研究。因此本文主要從薄片的ASE特性、退偏特性以及非穩(wěn)腔薄片激光技術(shù)三個(gè)方面對(duì)大口徑Nd: YAG薄片激光的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。
　　在薄片ASE特性研究中，引入平均增益路徑（等效熒光壽命）的概念，理論推導(dǎo)得到了平均增益路徑與介質(zhì)內(nèi)ASE強(qiáng)度的關(guān)系。設(shè)計(jì)了無(wú)激

3、光振蕩條件下ASE的自持增益實(shí)驗(yàn)，比較了不同構(gòu)型、不同泵浦區(qū)域以及不同泵浦強(qiáng)度下介質(zhì)內(nèi)增益情況，并針對(duì)不同構(gòu)型的薄片在相同泵浦條件下，得到了各自平均增益路徑和介質(zhì)內(nèi)的ASE強(qiáng)度?？紤]激光與ASE共存的情況，設(shè)計(jì)了平凹腔薄片激光輸出實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變泵浦口徑來(lái)調(diào)整薄片內(nèi)的ASE強(qiáng)度，改變激光通光口徑來(lái)調(diào)整薄片內(nèi)能量提取口徑，分析得到介質(zhì)內(nèi)ASE與激光輸出能量的相互影響關(guān)系，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ASE降低了激光輸出，同時(shí)激光輸出抑制ASE的規(guī)律。

4、　　在薄片的退偏特性研究中，利用有限元計(jì)算得到薄片的應(yīng)力分布，進(jìn)一步給出薄片的熱致退偏情況。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到了薄片焊接應(yīng)力導(dǎo)致的退偏特性，給出了由于焊接應(yīng)力導(dǎo)致的薄片退偏圖形。設(shè)計(jì)了薄片的偏振輸出實(shí)驗(yàn)，通過(guò)偏振片和1/4波片組合的諧振腔能夠較好實(shí)現(xiàn)激光偏振輸出。
　　在薄片激光非穩(wěn)腔的設(shè)計(jì)中，提出采用將含有離焦量的薄片介質(zhì)等效為腔內(nèi)薄透鏡組的方法，并利用ABCD傳輸矩陣和本征球面波自再現(xiàn)條件對(duì)多片串接正支非穩(wěn)腔進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出了諧振腔最