光泵堿金屬蒸氣激光的模擬和熱效應分析.pdf

1、光泵堿金屬蒸氣激光是近幾年有著較快發(fā)展的新型激光器件,兼有固體激光和氣體激光的優(yōu)點,具有量子效率高、增益介質(氣體)光學性能好和線寬窄(幾MHz)等特點,有望獲得具有高光束質量的高效高功率近紅外激光輸出。這類激光在激光冷卻、定向能量傳輸、材料處理和大氣傳輸?shù)确矫嬗袕V泛的應用前景。近年來,有關研究小組對該類激光展開了持續(xù)的研究,獲得了一些很好的實驗結果,然而,只有少量文獻對這類激光進行了動力學過程分析和計算模擬,它的機理和動力學過程仍需探

2、究。
　　 我們在深入分析和理解光泵堿金屬蒸氣激光的機理和技術路線的基礎上,以光泵Cs蒸氣激光為例建立了一個物理模型描述了該類激光中的各種微觀動力學機制和激光發(fā)射過程。綜合考慮泵浦光、吸收和輻射躍遷等作用機制,經(jīng)數(shù)值求解該模型,定量分析了各工作參量與激光輸出特性間的關系,得到了一組最佳工作參量配比,認為壓縮泵浦光線寬和增加泵浦光功率等有利于提高激光功率和效率的提高,為該類激光系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供了理論指導。
　　 半導體激

3、光抽運的堿金屬蒸氣激光(Diode Pumped Alkali lasers-DPALs)雖然具有量子效率高、光束質量好和較高的輸出功率和效率等特點,但在高功率泵浦時也存在影響激光輸出特性的熱效應問題。為此,我們對DPAL內的熱效應和基于DPAL的MOPA功率放大系統(tǒng)的設計分別做了討論,進一步搭建了一個二極管泵浦Cs蒸氣激光的熱傳導模型,通過模擬分別討論了雙端泵浦和單端泵浦中縱向和橫向溫度分布的情況,分析了泵浦光束腰、功率等因素對溫度場

4、分布的影響,得到了雙端比單端泵浦更能消除熱效應等的結論。
　　 基于DPAL的MOPA系統(tǒng)是一種既可以鏈式放大功率又可以通過多個增益池來減少熱效應的設計,結合文獻報道的光泵Rb蒸氣激光的MOPA系統(tǒng),我們建立了一個物理模型描述了該激光系統(tǒng)的各種動力學過程,根據(jù)實驗參數(shù)進一步數(shù)值求解該模型,獲得了與實驗基本一致的模擬結果,表明該模型較真實地反映了光泵Rb激光MOPA系統(tǒng)的主要動力學過程和激光放大機制,為該系統(tǒng)的優(yōu)化設計奠定了基礎。