二極管泵浦固體激光器中泵浦效果的分析與評(píng)價(jià).pdf

1、論文針對(duì)激光二極管泵浦固體激光器的泵浦效果進(jìn)行了分析和討論，提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)。泵浦光進(jìn)入晶體，其部分能量在晶體中被吸收并轉(zhuǎn)化為熱耗，引起晶體的熱效應(yīng)。晶體的熱效應(yīng)是影響DPL性能的重要因素。針對(duì)側(cè)面泵浦方式，研究了晶體內(nèi)泵浦光縱向、徑向和切向不均勻分布對(duì)熱透鏡效應(yīng)的影響。依次討論了由泵浦源bar條上不同的LD縱向空間占空比導(dǎo)致的、晶體內(nèi)不同徑向半徑的圓環(huán)、相同圓環(huán)中的不同切向位置的熱透鏡效應(yīng)，其后結(jié)合速率方程，理論分析了泵浦光的不均

2、勻分布對(duì)振蕩光光束質(zhì)量的影響；針對(duì)端面泵浦方式，首先研究了泵浦源光纖耦合LD輸出光束空間特性，分析了LD光束指向角對(duì)光纖輸出面光場(chǎng)分布的影響，其后從理論和實(shí)驗(yàn)的角度討論了不同的光纖輸出光場(chǎng)分布對(duì)振蕩光特性的影響。
　　 論文主要內(nèi)容分為四部分：
　　 第一部分，研究LD側(cè)面泵浦固體激光器中晶體內(nèi)泵浦光縱向非均勻分布對(duì)熱透鏡效應(yīng)及諧振腔穩(wěn)定性的影響；熱耗徑向非二次型分布產(chǎn)生熱透鏡徑向非均勻分布。
　　 1.提出并采

3、用分段連續(xù)分布分析方法，研究LD縱向非均勻分布對(duì)熱透鏡及諧振腔穩(wěn)定性的影響。
　　 從泵浦光縱向非均勻的實(shí)際情況出發(fā)，提出分段連續(xù)分布熱透鏡的分析方法，將激光晶體依次分段、分層，若薄層足夠薄，認(rèn)為其上各點(diǎn)的熱耗密度恒定，可將薄層等效為獨(dú)立的薄透鏡，由此求解出薄層、晶體段及完整晶體的熱焦距。在此理論基礎(chǔ)上研究了泵浦源縱向空間占空比對(duì)熱焦距及諧振腔穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：在泵浦功率相等的條件下，側(cè)面泵浦源LD發(fā)光區(qū)的縱向空間占空比越

4、高，晶體縱向熱耗越均勻，熱效應(yīng)越弱，等效熱焦距越長(zhǎng)；LD縱向空間占空比越高，諧振腔的穩(wěn)定腔長(zhǎng)范圍越大，說(shuō)明即使諧振腔長(zhǎng)確定，采用不同空間占空比泵浦源的諧振腔可能為非穩(wěn)腔、介穩(wěn)腔或穩(wěn)定腔，側(cè)面泵浦源的縱向空間占空比也是激光器設(shè)計(jì)中亟待考慮的一種因素。
　　 2.提出并采用環(huán)形區(qū)域分析方法，研究熱耗徑向非二次型分布導(dǎo)致的熱透鏡徑向非均勻分布。
　　 將與光軸垂直的晶體薄層按不同的徑向半徑劃分成若干極窄圓環(huán)，認(rèn)為圓環(huán)內(nèi)各點(diǎn)熱耗

5、空間分布均勻，根據(jù)徑向半徑相鄰圓環(huán)間溫度梯度，計(jì)算薄層環(huán)及晶體確定徑向半徑處的熱透鏡等效焦距。結(jié)果表明：實(shí)際泵浦條件常使晶體中熱耗徑向偏離二次型分布，導(dǎo)致不同徑向半徑位置等效熱焦距不同，晶體中心和邊沿處存在熱透鏡焦距差。
　　 第二部分，為了定量分析側(cè)面泵浦光的非圓對(duì)稱性對(duì)激光器性能的影響，引入描述熱效應(yīng)偏離圓對(duì)稱性的物理量--非圓度，以及描述非圓對(duì)稱熱效應(yīng)對(duì)振蕩光影響程度的參量--加權(quán)面非圓度。
　　 描述熱效應(yīng)偏離圓

6、對(duì)稱的參量有線非圓度和面非圓度，線非圓度反映了晶體中一個(gè)具體圓柱面上的熱效應(yīng)不對(duì)稱程度，面非圓度為晶體中全部線非圓度的平均值。加權(quán)面非圓度則是以諧振腔中振蕩光的光強(qiáng)為加權(quán)因子，計(jì)算得到的非圓度。研究表明，晶體中熱透鏡切向均勻性隨徑向半徑的增大逐漸變差；泵浦功率提高、徑向泵浦源個(gè)數(shù)減少、泵浦源徑向角度裝配誤差、泵浦距離偏差均導(dǎo)致熱效應(yīng)非圓對(duì)稱程度的加劇。計(jì)算結(jié)果顯示加權(quán)面非圓度的大小可用來(lái)判斷一個(gè)具體諧振腔中熱效應(yīng)對(duì)振蕩光圓對(duì)稱性的影響程

7、度。
　　 第三部分，提出泵浦光與振蕩光交疊值C，及C值法，研究側(cè)面泵浦固體激光器中泵浦光分布對(duì)振蕩光光束特性的影響。
　　 定義C為泵浦光在基模振蕩光區(qū)域內(nèi)被吸收的功率與被吸收總功率之比。采用C值法，以側(cè)面泵浦固體激光器為例描述了晶體中的泵浦光空間分布，研究其對(duì)振蕩光光束特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)C值與振蕩光M2存在確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在相等條件下C值越大光束質(zhì)量越好；而在不同的腔型結(jié)構(gòu)下此變化趨勢(shì)一致。與傳統(tǒng)的迭代法相比，C值

8、法計(jì)算簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，同時(shí)避免了需要事先假定振蕩光模式的問(wèn)題。
　　 第四部分，研究端面泵浦固體激光器泵浦源--LD陣列光纖耦合模塊的輸出光光束空間特性，及其對(duì)振蕩光特性的影響。
　　 研究發(fā)現(xiàn)端面泵浦源模塊的光纖輸出光光強(qiáng)分布不平滑，呈多尖峰分布，尖峰位置對(duì)LD光束指向角敏感，隨指向角、空間位置和光纖長(zhǎng)度等因素的變化而變化，是多種因素綜合作用的結(jié)果。具有尖峰結(jié)構(gòu)的泵浦光場(chǎng)對(duì)振蕩光模式結(jié)構(gòu)和輸出效率有直接影響，泵浦光尖峰位