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大功率半导体激光器端面泵浦全固态激光器研究

王培峰  
【摘要】:激光器自诞生以来,已经在工业、医疗和科学研究等众领域形成广泛的应用,尤其以半导体激光器(LD)端面泵浦的全固态激光器因具有效率高、光束质量好、结构紧凑、输出稳定好、寿命长等特点,已经成为新一代激光光源的研究热点。本文从LD光纤耦合技术以及四能级系统的速率方程入手,分别对其端面泵浦的全固态红外、绿光及紫外激光器进行了理论分析和实验研究,并逐一对参数进行优化,最终获得了工业化的波长为1064nm、532nm及266nm激光器,并已广泛应用的工业加工应用中。论文主要内容概括为: 1、从半导体激光器的发展历程切入,介绍了半导体激光器在各个行业领域中的应用。全固态激光器的历史和发展以及半导体泵浦全固态激光器(DPSSL)的特点,综述了目前国内外在全固态激光器的进展。 2、从谐振腔设计理论及调Q技术进行分析,讨论了LD泵浦固体激光器的输入输出特性及影响阈值的主要因素;结合理论和工作的要求,采用两种方案研制了大功率光纤耦合模块,功率达到32W,效率大于80%。 3、应用自产光纤耦合模块,对工业用激光器进行了腔结构优化,分别设计了LD单端面泵浦声光调Q脉冲红外激光器和双LD泵浦Nd:YVO_4声光调Q激光器。功率实现10W和20W两个量级的输出,并形成三款不同的产业化产品。 4、通过热分析及制冷计算,对10W量级端泵激光器进行了优化,实现全风冷设计,并实现激光器稳定长时间稳定工作,1500小时拷机功率,功率降低0.1W,达到工业级应用水平,并实现量产。该激光器平均无故障时间达到5000小时。 5、通过研究电光腔倒空理论,使用脉冲LD端面泵浦Nd:YAG,实现了百赫兹下电光腔倒空激光器运转,达到5mJ的1064nm脉冲激光输出,并通过研究激光器放大理论,在30mJ的脉冲LD注入、及单程放大条件下,实现10mJ的1064nm脉冲激光输出,脉宽达到4ns,M~2因子小于1.2。并在腔外进行二倍频及四倍频设计,实现了5mJ的532nm、2mJ的266nm三波段脉冲激光输出,并在液晶修复设备上做了应用有研究。


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