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DPL的光束质量控制及稳定倍频技术研究

马建立  
【摘要】: 高光束质量激光器在科学研究、信息通信、工业加工、医疗卫生、国防军事等领域有极为广阔的应用。基模光束是高光束质量的极限,如何获得高功率基模光束激光是DPL领域的研究热点,基模光束实现稳定倍频可以扩展DPL(diode pumped laser)的应用范围。本论文主要针对DPL的光束质量控制技术和稳定倍频技术展开研究。研究包括:腔内光束的控制;晶体产热和热源分布的控制;影响高重频调Q脉冲稳定性的因素;高效率双程放大技术和稳定倍频技术。重点研究了以下几方面内容: DPL腔内光束控制技术研究。用透镜和谐振腔的腔镜组成大基模体积腔型,配合五围错位泵浦Nd:YAG模块,研究获得了宽动态范围的基模输出,单模块最高输出61W、双模块最高输出124W,光束质量因子M21.5。采用VCSEL端面泵浦Nd:YVO4薄片晶体,实现了平均功率66mW的激光输出。 DPL的生热控制技术研究。通过控制晶体中生热量和生热路径的手段实现端面泵浦高功率基模激光器:采用887nm激光泵浦Nd:YVO4晶体,延长了泵浦光吸收路径,获得22W基模激光,对应的光-光转换效率为71.2%,并可在100kHz调Q下稳定工作,脉冲宽度96ns;多模运转可输出42.3 W,光-光转换效率72.2%。此外,采用913nm泵浦Nd:GdVO4晶体,将Nd:GdVO4的泵浦光和振荡光能量差降到最低,实现低热高效率运转的基模激光器:在吸收4.30W泵浦光下输出3.32W激光,对应的光-光转换效率和斜率效率分别高达77.2%和81.2%。 高重频稳定调Q基模光束振荡器的设计。用881nm激光泵浦Nd:YVO4晶体,获得了平均功率11.3W、高重频100kHz稳定调Q、脉冲宽度30.2ns的基模激光,光-光转换效率和斜率效率分别是67.3%和73.7%,并针对该激光器研究了高重频调Q的稳定性问题。 激光放大及稳定倍频技术研究。采取独特的光路设计研究了端泵Nd:YVO4的双程放大特性,在注入16.8W泵浦功率下,对0.5W可以放大16倍;11.3W振荡光做抽取时,得到21.7W的输出,抽取效率高达62%;并对放大后的激光做倍频研究,得到不稳定度小于±2%的532nm激光,倍频效率为44.7%。


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