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《华中科技大学》 2004年
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高功率固体激光器性能优化与实验研究

王海林  
【摘要】:高功率、高光束质量的固体激光器在工业材料加工领域有着广泛的应用,光泵浦 过程中产生的热效应导致谐振腔的光腔特性呈现动态变化特性,并导致激光器输出激 光的光束质量下降,本文围绕着如何得到高输出功率及高光束质量这一课题,对高功 率固体激光器的动态运行特性、热效应对光束质量的影响以及目前发展极为迅猛的二 极管泵浦固体激光器的关键技术,进行了深入、全面的理论和实验研究。 首先,采用光学矩阵方法对固体激光器谐振腔的动态工作特性进行了理论研究, 得到了谐振腔的稳区范围与谐振腔结构参数之间的关系,并通过实验验证了上述理 论。 其次,引入了谐振腔 p 参数,并利用 p 参数推导了谐振腔输出光束的光斑直径、 光束发散角、光束质量乘积等参数,分别计算了球面谐振腔、平行平面腔等不同腔形 时的激光参数。理论分析结果表明,谐振腔的稳区范围越小,其激光输出的光束质量 越好,因此,要获得较高的光束质量,就必须减小稳区范围,以牺牲激光器的输出功 率为代价。 采用光学矩阵研究了多棒串接的谐振腔的动态运行特性,给出了多棒串接的谐振 腔动态稳定范围的表达式,得出了只有采用对称布置的平行平面腔,且棒与棒主面之 间的距离为棒主面与谐振腔镜之间距离的两倍时,谐振腔才能在较宽的泵浦功率范围 内稳定运行,棒主面与谐振腔镜之间的距离越短,稳定区范围越大。通过二棒串接和 三棒串接的实验验证了理论分析的结果,激光器在较宽的范围内稳定工作,双棒串接 的激光器最大输出功率为 840W,三棒串接的激光器最大输出功率为 970W。 通过实验详细测量了二极管激光器的运行特性,得到了水温、工作电流对二极管 激光发射波长的影响;通过对二极管激光器侧面泵浦激光介质的分析研究,建立了二 极管泵浦光在 Nd:YAG 棒内分布的数学模型,采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦 参数下二极管泵浦光在 Nd:YAG 棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵 浦光发散角、吸收系数等因素对泵浦光分布均匀性的影响,为设计聚光腔提供了依据。 最后,根据理论计算结果,采用准直透镜耦合泵浦光和直接泵浦两种方式,分别 I WP=5 设计了三种不同功率水平的二极管泵浦的 Nd:YAG 固体激光器聚光腔,得到了 37W、 170W、800W 的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光-光效率达 37%。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN248

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姜梦华;3000W灯泵浦脉冲Nd:YAG固体激光器技术研究[D];北京工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 段兴赟;Yb:YAG碟片激光器激光晶体热透镜效应分析[D];华中科技大学;2011年
2 马召;高功率长脉冲固体激光器输出特性的研究[D];华中科技大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 项勤建;刘爽;龙再川;;一种半导体激光器参数测试系统的设计[J];半导体光电;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 戴晓萍;;一种新型的振荡放大链同步控制系统[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王春华;Yb:YAG薄片内腔倍频技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 陈铮;基于激光扫描数据的交通信息采集平台设计与实现[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李志刚;二极管泵浦固体激光器及放大器的研究[D];华中科技大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 葛燕;LD泵浦连续及脉冲绿光激光器研究[D];西北大学;2008年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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2 宋祥;高功率碟片激光器谐振腔设计及实验研究[D];华中科技大学;2012年
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4 豆宁丽;高效能二极管泵浦固体脉冲激光器的几个重要问题研究[D];西安电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 本报记者 杨良敏;长春:发展光谷有优势[N];中国经济时报;2000年
7 钱钧;激光精密加工前途广阔[N];证券时报;2004年
8 本报专稿 林亦寒;激光打炮弹成趋势[N];世界报;2008年
9 本报记者 李冬明;金属新材料:抢占产业发展制高点[N];江西日报;2010年
10 黄山伐;用激光“点燃”洲际导弹[N];中国国防报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 巨养峰;光纤超荧光光源和固体激光器件[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 杨刚;LD泵浦线性调频固体激光器单模输出和调频实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
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6 尹晓雪;固体激光器阶梯掺杂晶体研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 冯媛媛;LD抽运调Q固体激光器的脉冲控制技术研究[D];西安工业大学;2013年
8 王鹏飞;二极管泵浦内腔倍频固体激光器的理论与实验研究[D];四川大学;2003年
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10 关丽;Nd:YAG固体激光器的热效应研究[D];南京邮电大学;2012年
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