SESAM锁模500kHz、30W皮秒激光器的研制

SESAM锁模500kHz、30W皮秒激光器的研制

论文摘要

随着激光加工产业的发展和进步,加工精细度的不断提高对激光器提出了更高的要求。为获得窄脉宽、稳定性良好的皮秒激光输出,使用可饱和吸收体进行锁模是一种行之有效的方式。本文研制了一台MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)结构的SESAM锁模超快激光器,在保持窄脉宽的同时获得了高功率、高光束质量的皮秒锁模激光输出,可以应用于激光微细加工、激光“冷加工”领域。具体研究工作如下:1.通过经验公式分析了影响SESAM锁模激光器输出功率的因素,并推导了种子源以及放大级的激光放大理论公式,通过MATLAB进行模拟分析得出输出光功率与泵浦光功率的近线性关系。2.研究了SESAM锁模的基本理论,详细介绍了可饱和吸收镜(SESAM)的各项宏观参数,包括饱和恢复时间、调制深度、非饱和损耗、饱和通量和饱和光强。3.通过建立激光入射Nd:YVO4晶体的稳态模型,研究了温度梯度与入射功率之间的关系。使用COMSOL模拟软件对分别对10W、30W、60W、120W入射功率条件下的热分布进行了模拟,得到了晶体处于稳态时的热分布特点和温度最高点处横、纵向的温度分布趋势,分析了温度分布对激光器运行的影响。4.设计并研制了SESAM锁模激光振荡器,包括种子源和RTP选单装置两部分。实验结果表明:当其他参数不变时,种子源输出的功率大小随泵浦功率增大而增强;最终获得稳定良好的锁模脉冲,输出波长为1064nm,锁模脉宽为16.3ps,最高输出功率达3.39W,在x方向和y方向上的光束质量M2因子分别为1.12和1.07,光-光转换效率为38%。5.设计并研制了激光放大器来进一步测试SESAM锁模超快激光器种子脉冲的放大特性,搭建了三级功率放大器。其中,第一级放大器为四程行波放大器,在泵浦光功率为18.66W时,种子光功率被放大至3.84W;二级放大器为双程行波放大器,当泵浦光功率为31.7W时,信号光平均功率被放大至16.19W;最终经过第三级单程行波放大器,当泵浦光功率为100.4W时,信号光平均功率被放大至35.7W,激光脉宽为16.9ps,在x方向和y方向上光束质量因子M2分别为1.36和1.32,得到了理想的脉宽和良好的光束质量,在保证了脉宽的同时得到了高功率的激光输出,为同类型的激光器提供了设计参考。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 锁模技术的发展
  •   1.3 SESAM锁模超快激光器的特点
  •   1.4 SESAM锁模超快固体激光器的应用
  •     1.4.1 激光清洗
  •     1.4.2 激光测距
  •     1.4.3 激光“冷加工”
  •     1.4.4 激光医疗
  •   1.5 SESAM超快激光器国内外研究现状
  •     1.5.1 国外研究现状
  •     1.5.2 国内发展现状
  •   1.6 本文主要研究内容
  • 第2章 SESAM锁模超快皮秒激光器的放大理论和模拟
  •   2.1 半导体可饱和吸收镜(SESAM)的宏观参数
  •   2.2 被动锁模
  •     2.2.1 SESAM锁模基本原理
  •     2.2.2 锁模基本理论
  •   2.3 种子源输出功率理论计算
  •   2.4 放大系统放大传输基本理论
  •   2.5 激光入射晶体的热效应模拟
  •     2.5.1 模拟理论基础以及模型建立
  •     2.5.2 热分布与时间的关系
  •     2.5.3 热分布与激光功率的关系
  •   2.6 本章小结
  • 第3章 SESAM锁模皮秒种子源的实验研究
  •   3.1 SESAM锁模皮秒种子源的实验结构与装置
  •   3.2 SESAM锁模皮秒种子源的实验设备
  •   3.3 SESAM锁模皮秒种子源的装调及结果分析
  •   3.4 SESAM锁模种子源选单结构与装置
  •     3.4.1 RTP晶体的宏观参数及特性
  •     3.4.2 SESAM锁模种子源选单结构
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 MOPA皮秒激光器实验研究
  •   4.1 MOPA皮秒激光总体结构
  •   4.2 一级皮秒放大器的实验研究
  •     4.2.1 一级皮秒激光放大器的实验结构与装置
  •     4.2.2 耦合系统对激光输出功率的影响
  •     4.2.3 一级皮秒激光放大器的装调与结果分析
  •   4.3 二级皮秒激光放大器的实验研究
  •     4.3.1 二级皮秒激光放大器的实验结构
  •     4.3.2 二级皮秒激光放大器的装调与结果分析
  •   4.4 三级皮秒激光放大器的实验研究
  •     4.4.1 三级皮秒激光放大器的实验结构
  •     4.4.2 三级皮秒激光放大器的装调与结果分析
  •   4.5 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 何欢

    导师: 王智勇

    关键词: 超快激光器,锁模,放大体系,固体激光器,皮秒激光

    来源: 北京工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 北京工业大学

    分类号: TN248

    DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000501

    总页数: 63

    文件大小: 3258K

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