双端泵浦行波放大器的理论与实验研究

论文摘要

相比于其他种类的激光器,高功率全固态连续单频激光器因为能够同时具有高光束质量、窄线宽、低噪声、高稳定性等优点,已经被广泛用于非经典光场制备、冷原子物理以及高精度测量等科学研究领域。目前,主振荡功率放大是实现高功率输出的有效手段之一。然而,在块状晶体放大器中由于大块状晶体的温度分布和增益分布不均匀,导致放大晶体存在着严重的热效应和增益饱和现象,使得输出激光的光束质量退化、转换效率降低、输出功率受到限制。为了有效提高连续单频激光输出功率,我们研究组开启了高功率高转换效率的双端泵浦的主振荡功率放大器的研究。主要内容如下:1、建立并分析了主振荡功率放大器中的热模型。通过晶体内的稳态热传导方程建立了晶体热分布模型,比较了双端泵浦放大器与单端泵浦放大器晶体内的热分布特性,得出了双端泵浦较单端泵浦放大晶体的热分布更加均匀这一结论。接着,我们分析了双端泵浦放大器中晶体掺杂浓度、泵浦体积等因素对晶体内热分布的影响,并最终确定了热分布最优的放大器参数。2、使用高功率种子源研制了两级双端泵浦行波放大器。为实现更高的萃取效率,研究组在自制了一台50 W全固态连续单频激光器作为高功率种子源的基础上,制备了高功率二级双端泵浦行波放大器,并最终获得了125.2 W的激光输出,光-光转换效率高达43.3%,光束质量优于1.28。同时,通过模拟放大器中增益与种子功率的关系,进一步验证了种子源输出功率的提高对放大器功率及转换效率的提高起到至关重要的作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 研究意义
•   1.3 高功率连续单频激光发展
•   1.4 本文主要工作
• 第二章 主振荡功率放大
•   2.1 引言
•   2.2 主振荡功率放大原理
•     2.2.1 四能级激光系统
•     2.2.2 激光放大器增益
•   2.3 主振荡功率放大
•     2.3.1 主振荡器
•     2.3.2 光纤激光放大器
•     2.3.3 板条激光放大器
•     2.3.4 薄片激光放大器
•     2.3.5 块状激光放大器
•   2.4 注入锁定放大
• 第三章 行波放大中激光晶体的热分析
•   3.1 引言
•   3.2 行波放大中激光晶体的热模型
•     3.2.1 激光晶体热模型建立
•     3.2.2 热源密度
•     3.2.3 模型求解
•   3.3 行波放大中热分布分析
•     3.3.1 键合晶体
•     3.3.2 单端泵浦与双端泵浦热分布比较
•     3.3.3 激光晶体的优化
•     3.3.4 泵浦源的优化
• 第四章 二级双端行波放大设计
•   4.1 引言
•   4.2 主振荡激光源
•   4.3 放大器装置
• 4 晶体特性'>    4.3.1 Nd:YVO₄晶体特性
•     4.3.2 放大器泵浦源
•     4.3.3 冷却装置
•   4.4 行波放大实验装置
•   4.5 实验结果及分析
•   4.6 总结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间已发表的期刊论文
• 致谢
• 个人简况及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐敏志

导师: 卢华东

关键词: 固体放大器,热分布,连续单频激光

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 山西大学

分类号: TN722;TN248

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000950

总页数: 65

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