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Yb:YAG薄片内腔倍频技术研究

王春华  
【摘要】: 激光二极管(LD)泵浦固体激光器以其高效率、全固化、结构紧凑、工作稳定和长寿命等优点,广泛应用于科研、材料加工、医疗、军事等领域。薄片激光器可以同时实现高功率,高效率以及高光束质量,是固体激光器发展的一个重要方向。在应用需求的牵引下,基于LD泵浦的Yb:YAG薄片激光技术得到了广泛的研究。本文对多通泵浦Yb:YAG薄片激光器技术展开了研究,并利用该系统实现了高光束质量的高重频515nm绿光输出。 论文分析了多通泵浦Yb:YAG薄片激光器的理论模型,利用该模型,建立了基于Yb:YAG薄片激光器的16通泵浦耦合系统。数值模拟了该模型下的激光输出,建立了实验装置,开展了实验研究。在泵浦功率为81.6W时,采用曲率半径为-800mm,透过率为5%的输出镜,获得了31.4W的1030nm连续激光输出,光光转换效率为38.5%;采用曲率半径为-2000mm,透过率为10%的输出镜,获得了22W的1030nm连续激光输出,光光转换效率为27%,M2≤1.1。 以激光速率方程为基础,分析了准三能级快速调Q腔内光子数密度和反转粒子数之间的耦合方程。并对Yb:YAG薄片的多通泵浦吸收过程进行分析,描述了多通泵浦Yb:YAG薄片泵浦吸收过程。模拟了连续泵浦Yb:YAG薄片激光器在一定调Q频率下的粒子反转数、脉冲能量,脉冲宽度。在理论指导下开展了多通泵浦Yb:YAG薄片激光器调Q实验,并与模拟结果进行了对比。 分析了Yb:YAG内腔倍频的速率方程。对LBO晶体Ⅰ类非临界相位匹配倍频进行了分析,计算了LBO晶体Ⅰ类倍频非临界相位匹配相关参数。通过ABCD矩阵,设计了Z型谐振腔,合理控制了模式匹配以及倍频晶体处的束腰半径。在泵浦功率为81.6W,调Q频率为5kHz时,获得了10.2W的515nm绿光输出,脉冲宽度为150ns,光光转换效率为12.5%,光束质量M2x=1.3,M2y=1.6。 在完成实验任务的同时,结合实际工作,对实验的改进提出了一些设想。


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