LD端泵摻Nd3+準三能級激光器散熱及熱補償技術研究.pdf

1、激光二極管抽運的全固態(tài)激光器(DPSSL)以其高效率、小型化、長壽命等優(yōu)點，成為近20年來激光領域研究的熱點。而端泵摻Nd3+準三能級激光器由于其特有的0.9μm激光輸出，也受到研究人員的廣泛關注。但由于端泵激光器內部的溫度不均勻分布和準三能級結構固有嚴重的熱效應影響，限制其向高功率、高光束質量方向發(fā)展。鑒于此，本論文致力于通過對摻Nd3+準三能級0.9μm激光器的熱效應和散熱機制的分析，利用銦封技術和非穩(wěn)腔技術對激光器的散熱能力進行改

2、善，提高摻Nd3+準三能級激光器的輸出性能。
　　本文首先基于Nd:GdVO4晶棒中的Nd3+復雜能級，詳細分析了摻Nd3+準三能級激光器的產熱機制，并通過ANSYS軟件模擬對比了準三能級激光器和四能級激光器內部的溫度和熱應力分布。在此基礎上，利用諧振腔穩(wěn)定法、干涉條紋法和光束質量反推法測量出Nd:GdVO4準三能級激光器嚴重的熱透鏡效應，其最短熱焦距在20～40 mm之間，遠小于四能級激光器的熱焦距。
　　基于傳熱學原理，

3、模擬了不同邊界換熱系數(shù)條件下激光介質內部的溫度分布和端面形變量，說明提高邊界換熱系數(shù)的必要性。根據(jù)擴散焊原理，詳細研究了銦封的微觀作用過程。結合實驗結果，優(yōu)化銦封過程參量。在此基礎上，利用銦封后的Nd:GdVO4激光器，進行了912nm激光實驗，在平-凹腔條件下獲得了最大14.3W的功率輸出，相比采用普通銦包熱沉的激光器最大輸出功率提高了1.5W。在采用平-平腔條件下，采用銦封技術的激光器最大輸出功率為12.5W，具有良好的光束質量（M

4、2=3.02）和光強分布，優(yōu)于同等條件下的銦包激光器，明顯地改善了Nd:GdVO4912nm激光器的輸出性能。
　　根據(jù)諧振腔傳輸原理和所測得的熱透鏡焦距，設計出一組可對熱透鏡效應進行熱補償?shù)姆欠€(wěn)腔，并對其腔內振蕩光斑隨輸入泵浦功率變化關系進行了模擬，說明了非穩(wěn)腔在高功率情況下對熱透鏡效應良好的補償作用。通過實驗對比了非穩(wěn)腔和穩(wěn)定腔在25mm短腔時的912nm激光輸出特性，利用f=150mm的凸-凹腔（凹面鏡R=200 mm）獲得

5、最大14.2W的912nm激光輸出，相比平-凹腔功率輸出提升了1.8W，而且還未進入飽和區(qū)間。在腔長為45mm時，在采用平面輸出鏡的條件下，可明顯觀察到諧振腔的穩(wěn)定區(qū)間隨凸面鏡曲率半徑的減小，向高功率方向移動。當f=25mm時，利用凸-平腔獲得最大6.5W的912nm激光輸出，高于平-平腔的5.3W輸出。
　　在此實驗基礎上，結合對調Q理論分析，進行了912nm聲光調Q脈沖激光運行實驗，重復頻率為10kHz時，f=100mm的凸-