長脈沖YAG激光放大器的研究.pdf

1、本論文對千瓦級長脈沖Nd:YAG固體激光放大器進(jìn)行了理論分析和實驗研究。
　　首先，在時間域和空間域?qū)す馄髡袷幖壓头糯蠹夁M(jìn)行了分析和模擬，得到了耦合輸出鏡透過率、輸出功率、提取效率、高斯光束傳輸特性以及增益特性等方面的理論分析結(jié)果，確定了激光器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。該結(jié)構(gòu)保證各級之間高斯光束匹配，使入射光束恰好充滿介質(zhì)棒的端面，充分利用有效模體積的同時進(jìn)行自孔徑選模，抑制熱致球差對M2因子的負(fù)面作用。經(jīng)過調(diào)整各級的間距和熱焦距的匹配，得到

2、放大級不改變傳輸光束BPP的結(jié)果。
　　然后，針對強泵浦、高功率固體激光器，基于非線性模型進(jìn)行了熱效應(yīng)分析。研究了[111]切割方向Nd:YAG激光介質(zhì)熱致雙折射與其偏振特性，給出了激光介質(zhì)縱向截面內(nèi)熱致雙折射橢圓分布圖。根據(jù)對非線性模型的光程差擬合分析，得出半徑相關(guān)的二次項對熱焦距產(chǎn)生貢獻(xiàn)，而四次項決定了熱透鏡球差，高功率情況下熱致球差不能忽略，并且會影響光束質(zhì)量的結(jié)論。根據(jù)熱致雙折射所導(dǎo)致的折射率變化重新分析了基于非線性模型的

3、熱焦距，實測值與理論值的吻合度比線性模型更高。
　　最后，實驗采用單級振蕩兩級放大的MOPA結(jié)構(gòu)，在重復(fù)頻率為90 Hz，脈沖寬度為1 ms時，得到1024 W的平均輸出功率，輸出激光的單脈沖能量11.4 J，峰值功率11.4 kW，電光效率3.41％，BPP=20.9 mm×mrad。其中振蕩級BPP=19.8 mm×mrad，通過兩級放大，BPP在誤差范圍內(nèi)基本保持不變，符合預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。與同級別千瓦級的腔內(nèi)串接固體激光器比較