论文部分内容阅读
二极管泵浦的薄片激光器与传统的固体激光器相比，具有结构紧凑、体积小、重量轻、光束质量高、输出功率稳定性好、成本低、寿命长等优点，在光通信、材料微加工、全息技术、非线性频率转换、军事上有着广泛的应用前景。Yb∶YAG晶体具有吸收带宽、荧光寿命长、量子效率高等优点而成为了薄片激光器的首选激光晶体。Cr4+∶YAG被动调Q技术可以实现高重复频率、窄脉冲宽度、高峰值功率的激光脉冲输出，而被广泛应用于被动调Q薄片激光器中。因此二极管泵浦的Cr4+∶YAG被动调Q薄片激光器成为了当前激光器领域的一个研究热点。本文主要对二极管泵浦的Yb∶YAG薄片激光器在连续和Cr4+∶YAG被动调Q两种状态下的输出特性进行了研究。 本文首先采用ANSYS有限元软件对直接水冷、TEC制冷、不同厚度的金刚石表面散热和不同厚度的SiC表面散热四种不同散热方式下Yb∶YAG薄片晶体的温度分布进行了模拟计算。根据理论计算结果，实验研究了直接水冷、TEC制冷和SiC表面散热情况下，Yb∶YAG薄片激光器的连续激光输出特性，在厚度为800μm的SiC冷却方式下，激光器获得了最高功率为2.8W的连续激光输出。为了进一步优化连续激光器的输出性能，分别利用不同的准直聚焦系统和输出耦合镜透过率对Yb∶YAG薄片激光器的输出特性进行了实验研究，结果表明准直透镜焦距为30 mm、聚焦透镜焦距为50 mm、输出耦合镜透过率为5％的情况下，Yb∶YAG薄片激光器可以获得较高功率的连续光输出。 从Cr4+∶YAG被动调Q速率方程出发，分析得到了单脉冲能量、峰值功率和脉冲宽度的表达式。理论优化了Cr4+∶YAG晶体的初始透过率和输出耦合镜的反射率，实验利用初始透过率为93％的Cr4+∶YAG晶体和反射率为90％的输出耦合镜，最终实现了平均输出功率1.95 W、脉冲宽度74 ns、单脉冲能量1.2 mJ、重复频率1.6 kHz的稳定调Q脉冲输出，光束质量因子Mx2=1.622，My2=1.616。本文最后研究了一种新型的电光偏转调Q方式，采用Nd∶YVO4晶体作为增益介质，在5 kHz重复频率运转时，获得了平均输出功率1.22 W，脉冲宽度1.0 ns，峰值功率244 kW的调Q脉冲输出;当重复频率为20 kHz时，获得了平均输出功率为2.67 W，脉冲宽度为2.2 ns，峰值功率为60.7kW的调Q脉冲输出。