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《长春理工大学》 2018年
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LD泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响研究

姚强强  
【摘要】:激光器光束质量的提高始终是固体激光器研究领域的重要课题之一。本文基于Nd:YVO_4晶体的热透镜效应,对主振荡功率放大结构中球差进行累加补偿,以简单可靠的方式实现了光束质量的优化。研究主要包括以下内容:从稳态热传导方程出发,通过建立符合实验条件的晶体边界热交换条件,结合COMSOL有限元分析软件,仿真出了晶体的温度分布;之后通过公式计算得到了工作状态下晶体光程差分布;再通过广义逆矩阵对Zernike多项式表示的光程差进行计算,进而得到了晶体中热透镜球差的分布。同时对模型进行薄片处理,验证了球差的累加性。以光束质量因子M~2的角度进行研究,结合赛德尔初级相差理论,整理出了球差与光束质量因子M~2的关系,并且仿真出了光束质量因子M~2随球差的变化;同时在实验中使用哈特曼波前传感器测量了输出激光的波前状态,得到了波前相位畸变的Zernike多项式分布,以及实验条件下球差畸变的大小,测量结果与仿真结果完全相符。对本振级的光束质量和相位分布进行了实验测量。基于前面的实验结果和分析,搭建了单极单程放大结构来补偿功率放大过程中的光束质量恶化。通过将特定位置的相位成像到放大晶体中,来调整放大级晶体的泵浦功率,进而改变放大级晶体的球差大小,使得本振级和放大级两块晶体的球差累加补偿,在本振级输出功率9.2W、放大级无泵浦功率时,总的输出光光束质量为M_x~2=.210,M_y~2=.203,此时的球差系数为-0.29λ;随着放大级的泵浦功率增加,总的输出功率为10.54W,此时光束质量得到优化为M_x~2=.154,M_y~2=.139,此时球差系数为-0.02λ(几乎为零);随着泵浦功率的继续增加,总的输出功率为11.3W,光束质量出现过度补偿,光束质量恶化为M_x~2=.286,M_y~2=.391,此时的球差系数为0.39λ。在这种补偿结构的基础上添加了一个对比实验,结果证明这种结构在提高功率的同时可有效的补偿光束质量。
【学位授予单位】:长春理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN248

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