914nm LD端面泵浦电光腔倒空全固态激光器研究

作     者：周丹丹 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷訇

授予年度：2018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：全固态激光器 电光腔倒空 914nm抽运 高转换效率 

摘      要：高重频大能量窄脉宽固体激光器,因其具有重复频率高、脉冲宽度窄以及峰值功率高等优势,已被广泛应用于激光工业、超远距离测量、光电雷达、激光对抗等领域。例如:在加工工业中被用来完成钻孔、焊接、切割和快速成型等;在雷达探测中被用来进行遥感测距、成像制图等;在IT行业中被用做光通信,光存储和光信息处理的光源;在现代科学研究中被广泛应用于激光核聚变、光谱分析、诱导化学反应等,因此对其进行研究是非常有意义的。本研究围绕设计实现结构紧凑、重复频率7kHz、单脉冲能量大于5mJ、脉冲宽度小于5ns的激光器这一目标,以全固态激光器的优势为切入点进行了发展及现状调研。首先针对1064nm激光谱线从四能级速率方程理论出发,分析了LD端面泵浦激光器的泵浦光场及振荡光场分布特性以及模式匹配对激光器输出功率及斜效率的影响。通过?采用光纤耦合输出的914nm半导体激光器作泵浦源提高量子效率;?选用对泵浦波长吸收系数较低的低掺杂浓度的Nd:YVO晶体减小热透镜效应的影响,并采用双晶体串接结构来保证晶体充分能吸收泵浦光;?通过优化泵浦光与振荡光的模式匹配参数提高了激光器的光光转换效率。经过理论分析和实验研究优化确定了实现高重频大能量窄脉宽激光器所需的谐振腔长度、最佳泵浦位置、触发延时等参数。实验采用电光腔倒空技术和双棒串接结构,通过减小热透镜效应的影响并保证振荡光与抽运光的良好模式匹配,实现了高重频、大能量、窄脉宽1064 nm线偏振脉冲激光输出。激光器采用914nm光纤耦合半导体激光器端面抽运Nd:YVO晶体,以BBO普克尔盒作为电光开关。在重复频率7kHz的条件下,谐振腔腔长450mm,晶体吸收功率为79.6W时,获得了脉冲宽度4ns,单脉冲能量5mJ,最大平均输出功率35W,峰值功率1.25MW,光束质量M为1.58的稳定脉冲激光输出,对应的光光转换效率为44%。