879nm激光二極管端泵的高重頻高亮度Nd-GdVO4激光器研究.pdf

1、國內圖書分類號：TN248.1學校代碼：10213國際圖書分類號:535.15密級：公開工學博士學位論文879nm激光二極管端泵的高重頻高亮度Nd:GdVO4激光器研究博士研究生：李旭東導師：陳德應教授申請學位：工學博士學科：物理電子學所在單位：光電子信息科學與技術系答辯日期：2010年9月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器(DPSSL)具有結構緊湊、效率高、運轉可靠和易于小型化等優(yōu)點，高重復頻率

2、、高亮度的脈沖激光光源更成為在激光成像雷達、光電對抗和激光加工等領域迅速發(fā)展的關鍵技術之一。針對脈沖激光器中高重頻、高亮度難以兼顧輸出的難題及高重頻、高亮度激光器發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀，本文致力于探索和挖掘新型Nd:GdVO4激光器在高重頻和高亮度輸出下的潛力，以期能為高重頻、高亮度激光光源的發(fā)展及更廣泛的應用做出點滴貢獻。針對高功率端面泵浦情況下Nd:GdVO4晶體中能量傳遞上轉換(ETU)效應影響愈發(fā)顯著的事實，將ETU效應引入到速率方程中

3、，研究了其對泵浦閾值的影響。從調Q速率方程出發(fā)，推導了調Q狀態(tài)下的峰值功率、脈沖能量和脈沖寬度的表達式。本章的理論分析表明初始反轉粒子數(shù)密度是影響脈沖激光性能的一個主要參量。在高性能脈沖激光器的設計中應盡可能提高泵浦速率以增大初始反轉粒子數(shù)密度，同時選擇合適的諧振腔結構以減小腔損耗。這為今后高重頻、高亮度全固態(tài)激光器的設計提供了很好的理論依據(jù)。針對高功率端泵激光器嚴重的熱效應對激光器性能的影響，建立并完善了一套完整的熱管理技術來對端泵N

4、d:GdVO4激光器進行有效的熱管理。首先從熱產生機理上進行改善，采用879nm直接泵浦取代傳統(tǒng)808nm間接泵浦，將熱負載比從24.0%減小到17.3%；其次從散熱角度進行優(yōu)化，采用四種有效的晶棒散熱措施，包括高熱導率晶體的選用，連續(xù)生長型復合Nd:GdVO4晶棒的使用，對泵的泵浦方式和微通道結構散熱器的使用；再次從熱補償角度進行考慮，采用凸平非穩(wěn)腔結構對殘留在晶棒中的廢熱進行有效的熱補償。此套熱管理技術及措施適用于所有DPSSL中激

5、光介質熱效應的緩解，尤其對于端泵的晶棒激光器更加有效，十分有利于在端泵結構中實現(xiàn)高泵浦功率的注入。針對高功率端泵時DPSSL的高輸出功率和高光束質量往往不能兼得的弊端，提出了利用凸平非穩(wěn)腔來改善激光器的性能。理論分析表明：在熱穩(wěn)定條件下，凸平腔相比平平腔在較高泵浦功率下可更好的實現(xiàn)模式匹配，并對光束質量有明顯地改善作用。利用修正后的熱透鏡焦距公式和基于ABCD矩陣傳輸理論確定的非穩(wěn)腔關鍵腔參量的選取原則，設計了LD端泵Nd:GdVO4晶