端面泵浦Nd:YAG脉冲激光器输出特性与热效应研究

论文摘要

近年来,随着激光二极管（LD）泵浦的全固态激光器（DPSSL）的发展,DPSSL由于拥有效率高、体积小、重量轻、稳定性高等优秀性能,被广泛应用于军事、科研、机械加工等领域。本文对LD端面泵浦Nd:YAG激光器输出特性及热效应进行了研究,希望对LD端面泵浦DPSSL的工作作出一定贡献。首先,对Nd:YAG激光晶体的特性进行研究,分析该晶体作为增益介质的优势,理论分析了晶体的能级结构,说明选用808nm波段作为泵浦光的原因。结合泵浦光的吸收情况探索了晶体内温度场分布以及由于温度分布不均匀导致的晶体热透镜效应。其次,根据掺Nd3+激光系统四能级速率方程,计算了激光器输出特性随输出镜透过率、泵浦光斑尺寸等因素的变化。设计了适合LD单管自由空间泵浦的耦合系统并结合热透镜效应共同设计了最优谐振腔,最终实验验证上述研究结果。使用0.4at.%的Nd:YAG晶体在9.03W的泵浦功率下,得到了最大输出功率4.97W的激光输出,斜效率为73.5%,光光转换效率为55%。再次,使用二极管叠阵（LDAs）作为泵浦源,设计了适合LDAs的两种耦合系统,并通过实验获得了脉冲泵浦激光器的输出特性,使用导光锥耦合系统在泵浦光单脉冲能量为280mJ时获得了121mJ的单脉冲激光输出,斜效率为48.6%。最后,为了得到更大的峰值功率,在激光器内插入电光Q开关实现主动调Q,对四能级系统主动调Q速率方程进行数值求解,分析了单脉冲能量,脉冲宽度和峰值功率的影响因素。结合速率方程设计出合理的激光器,在泵浦源选用30Hz、300μs和50Hz、200μs两种输出方式时,分别获得了30mJ和25mJ的单脉冲输出,脉宽分别为18ns和16ns,斜效率为11.63%和14.71%。设计了适合该激光器的壳体,壳体尺寸为220mm（长）×110mm（宽）×68mm（高）,总重量2.2kg。在绝热条件下对负载激光器的壳体进行散热模拟,结果表明,该激光器壳体可以保证激光器的正常工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 本文研究目的和意义
•   1.2 DPSSL的发展历程
•   1.3 DPSSL关键技术及相关研究进展
•   1.4 本论文研究内容
• 第2章 Nd:YAG激光晶体特性与热效应研究
•   2.1 Nd:YAG激光晶体特性
•     2.1.1 Nd:YAG激光晶体物理特性
•     2.1.2 Nd:YAG激光晶体激光特性
•   2.2 LD端面泵浦Nd:YAG激光晶体热效应研究
•     2.2.1 Nd:YAG激光晶体中的温度场分布
•     2.2.2 热透镜效应分析
•   2.3 本章小结
• 第3章 连续泵浦Nd:YAG激光器研究
•   3.1 四能级Nd:YAG激光器速率方程求解
•   3.2 连续泵浦激光器实验装置
•     3.2.1 泵浦光尺寸模拟
•     3.2.2 激光器谐振腔结构设计
•   3.3 连续泵浦Nd:YAG激光器输出特性及分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 脉冲泵浦Nd:YAG激光器研究
•   4.1 脉冲泵浦激光器实验装置
•     4.1.1 泵浦光尺寸模拟
•     4.1.2 激光器谐振腔结构设计
•   4.2 脉冲泵浦Nd:YAG激光器输出特性及分析
•   4.3 本章小结
• 第5章 主动调Q Nd:YAG激光器研究
•   5.1 主动调Q Nd:YAG速率方程求解
•   5.2 主动调Q激光器实验装置
•   5.3 主动调Q Nd:YAG激光器输出特性与分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘宇乾

导师: 张贺

关键词: 全固态激光器,晶体,电光调,热效应

来源: 长春理工大学

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: 长春理工大学

分类号: TN248

总页数: 80

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