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高重频全固态Nd:YLF激光器研究

孙岩  
【摘要】:掺钕离子的氟化钇锂(Nd:YiLF4,Nd:YLF)晶体是当前激光领域发展的一个重要方向。首先,其在1053nm的跃迁激光与磷酸玻璃和氟磷酸玻璃的增益峰值非常匹配,使它在玻璃放大器链中的晶体光轴对准、光路调整、以及种子注入等方面均可以得到充分应用;其次,它的上能级寿命为480μs,使它的储能性能高出Nd:YAG两倍,同时它的上能级寿命与发射截面乘积因子与Nd:YAG相当,因此可用于较低阈值的全固态微片激光器;另外,它具有很好的偏振特性,自然双折射远大于热致双折射,抑制了热退偏效应,在大功率泵浦情况下可获得稳定输出。随着激光技术的发展,Nd:YLF已广泛地应用于MOPA、高能量脉冲、中等重复频率(kHz)的调Q开关、连续波以及皮秒锁模等各种激光器件中。本论文以高重频全固态Nd:YLF激光器为研究对象,进行了多方面的理论和实验工作。具体包括: 1.理论分析了如何实现高重频1053nm激光输出,给出了高重频1053nm激光输出设计方案,包括晶体参数的确定,泵浦源参数的选择以及输出特性数值模拟等; 2.实验上研究了全固态1053nm Nd:YLF激光器的连续输出特性,搭建了两种不同的腔型,平平腔和平凹腔,使用了两种不同大小尾纤直径的泵浦LD,通过一步步的改进得到了理想的输出特性,在40mm短腔内得到了最大平均功率2.13W的连续1053nm激光,光光效率最大33.2%,激光阈值约为0.24W。在平均输出功率1.12W的时候测量激光器的光束质量和角漂,光束质量因子为M _X~2 = 1.247, M_Y~22= 1.285,角漂Δω= 0.2mrad,占发散角的3.1%。 3.实验中,在微型谐振腔中加入微型声光Q开关,获得了50kHz,脉宽41.4ns,平均功率1.1W,波长1053nm脉冲激光输出,光光效率32%,脉冲峰值功率不稳定度3.8%,光束质量因子和角漂与激光器连续运转时几乎没有变化。


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