Yb-YAG碟片激光器放大自發(fā)輻射效應(yīng)的理論研究.pdf

1、碟片激光器作為一種新型半導(dǎo)體泵浦固體激光器，其增益介質(zhì)的獨(dú)特形狀能夠?qū)す馄鬟\(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱進(jìn)行高效冷卻，具有同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率（高能量）以及高光束質(zhì)量激光輸出的能力。除了熱效應(yīng)問(wèn)題，放大自發(fā)輻射(ASE)效應(yīng)是制約碟片激光器實(shí)現(xiàn)超高功率輸出的一個(gè)主要問(wèn)題。特別是在大尺寸，大增益的碟片激光器中，ASE效應(yīng)會(huì)消耗大量的上能級(jí)粒子數(shù)。本文提出了一個(gè)考慮了溫度場(chǎng)分布的ASE效應(yīng)計(jì)算模型。在考慮增益分布以及全部熒光分支的洛倫茲展寬的影響下，研究了碟

2、片的ASE效應(yīng)在碟片內(nèi)的三維分布以及ASE效應(yīng)的光譜特性。
　　另一方面，Yb:YAG晶體由于其優(yōu)秀的物理特性，成為了碟片激光器理想的激光介質(zhì)。由于摻鐿材料的準(zhǔn)三能級(jí)結(jié)構(gòu)特性使其對(duì)溫度十分敏感，因此研究Yb:YAG激光器工作過(guò)程中的熱效應(yīng)顯得非常重要。本文提出了一個(gè)研究Yb:YAG激光器準(zhǔn)三能級(jí)產(chǎn)熱過(guò)程的物理模型來(lái)計(jì)算碟片的熱負(fù)載系數(shù)，模型中包含了四部分產(chǎn)熱：自發(fā)輻射產(chǎn)熱，激光產(chǎn)熱，ASE效應(yīng)產(chǎn)熱以及上下能級(jí)的無(wú)輻射躍遷產(chǎn)熱。結(jié)合

3、速率方程模型和前面提到的ASE效應(yīng)模型，得到了一個(gè)完整的關(guān)于碟片激光器的輸出特性模型。由于模型中的參數(shù)會(huì)互相影響，因此使用一個(gè)數(shù)值迭代的方法來(lái)將三個(gè)模型耦合起來(lái)。
　　通過(guò)模型的分析，由于碟片晶體溫度場(chǎng)沿軸向分布的不均勻，造成了增益系數(shù)空間分布不均勻，加上碟片內(nèi)部不同位置光子流放大路徑的不同，在碟片晶體內(nèi)形成了三維的ASE效應(yīng)分布。碟片輸出耦合鏡的反射率與泵浦光斑的尺寸是影響碟片激光器內(nèi)ASE效應(yīng)，輸出功率密度和閾值功率密度的主要