自适应光学技术用于改善固体激光器光束质量的研究

作     者：裴正平 

作者单位：中国工程物理研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：唐淳

授予年度：2006年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：固体激光器 波前畸变 热效应 外腔 自适应光学 

摘      要：固体激光器工作时，由于激光介质中沉积的废热，引起激光介质温度分布不均匀，导致激光波前热畸变，光束质量下降。为有效减小激光介质热效应引起的激光波前热畸变，传统方法是采用改变泵浦方式，改变激光器结构等措施，被动的提高激光光束质量。自适应光学技术可做为一种主动光学补偿技术应用于固体激光器校正激光介质的热畸变，实现在高平均功率下高质量的激光输出。通过理论分析、数值模拟和实验研究等方法，对薄片激光器的热力学特性和输出激光波前特性进行了研究，得到了薄片激光器热畸变的基本规律。并利用薄片激光器开展了外腔自适应光学校正实验，为自适应光学系统在高功率薄片DPL的应用提供了必要参考。 建立了薄片激光介质热力学计算模型。分别从激光介质稳态导热微分方程及平衡方程出发，得出激光晶体温度场及热应力分布规律。针对Nd:YAG薄片激光器进行了热力学特性数值模拟，得到不同泵浦条件下Nd:YAG薄片介质的温度场和应力场的分布，并讨论了晶体厚度以及泵浦光光强分布对温度场和应力场分布的影响。 建立了激光通过晶体引起波前畸变理论分析模型，给出了薄片激光器波前热畸变的数值计算方法，数值模拟了不同泵浦条件下激光波前相位畸变情况，定量分析了晶体厚度与波前畸变量以及泵浦均匀性与波前畸变量的关系。结果显示，泵浦光的均匀性是影响波前畸变量分布最重要的因素。 利用He-Ne激光器及小功率棒状Nd:YAG激光器开展外腔自适应补偿实验，得到较好的波前补偿效果。建立了Nd:YAG薄片MOPA系统，实验研究了不同占空比泵浦情况下放大器热畸变特性，并对其进行了自适应补偿实验，激光波前得到一定改善，提高了光束质量，实现了闭环控制，验证了自适应光学系统应用于MOPA系统的可行性。