紧凑型Nd:YAG脉冲激光器及其热效应研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wujie1983
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激光二极管(LD)泵浦的全固态激光器(DPSSL)具有高效率、寿命长、重量轻、光束质量好等优势,被广泛应用于机械加工、医疗、科研、军事等领域。本文对高温激光二极管阵列(LDAs)泵浦的Nd:YAG激光器输出特性及热效应进行了研究,利用高温泵源可以降低激光器散热压力的优点,在实现激光器结构紧凑的基础上获得了大能量激光输出。通过对Nd:YAG激光晶体的物理及光学特性进行研究,并与其它增益介质进行对比,分析了该晶体作为增益介质的优势,从理论上分析了晶体的能级结构,计算了晶体内部能级在不同工作温度下的玻尔兹曼分布,证明其在高温泵浦的固体激光器中可以稳定且高效的实现激光输出。通过利用Ansys软件对不同泵浦情况下的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进行了模拟。根据四能级系统的速率方程,分析了影响激光器输出特性的不同因素。分别设计了高温LDAs端面泵浦和侧面泵浦Nd:YAG电光调Q激光器。在端泵Nd:YAG电光调Q激光器实验中,使用高温LDAs作为泵浦源,通过特殊设计的导光锥结构的光束耦合系统对以布儒斯特角切分的Nd:YAG晶体进行泵浦。使用DKDP电光Q开关进行调Q操作,在重复频率20Hz,泵浦电压脉冲宽度250μs、300μs条件下获得了单脉冲能量44.1mJ和50.2mJ的脉冲激光输出,对应脉冲宽度分别为18.3ns和21.3ns,斜效率12.35%和12.24%。在侧泵Nd:YAG电光调Q激光器实验中,为使激光晶体内的泵浦光更加均匀,采用环绕泵浦的方法对Nd:YAG晶体进行泵浦,通过在腔内插入偏振分光棱镜,四分之一波片以及DKDP电光Q开关对侧面泵浦的Nd:YAG激光器进行调Q操作。在重复频率20Hz,泵浦电压脉冲宽度300μs,工作温度60℃的条件下获得了单脉冲能量102mJ的脉冲激光输出,对应脉冲宽度为26ns。将重复频率降低为1Hz后,获得了124mJ的单脉冲激光输出,对应脉冲宽度为25.6ns。通过实验发现采用高温泵源可以在获得大能量激光输出的同时降低激光器的散热压力,使激光器可以实现无水冷,小型化的目的。
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