重復(fù)頻率Yb-YAG激光系統(tǒng)ASE及能流特性研究.pdf

1、“高效、重頻、寬帶”的DPSSL激光驅(qū)動(dòng)器是慣性約束激光驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)發(fā)展方向。采用高功率LD陣列作為泵浦源，Yb激光晶體或陶瓷作為激光材料可以帶來(lái)更高的系統(tǒng)效率和可靠性同時(shí)滿足寬帶傳輸?shù)男枰?，采用主?dòng)的冷卻方式可以得到更高的重復(fù)頻率。
　　為了獲得高的能量和輸出功率，放大器的大口徑和高增益會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的自發(fā)輻射放大(ASE)。ASE嚴(yán)重降低激光介質(zhì)的儲(chǔ)能密度和效率，引起介質(zhì)內(nèi)儲(chǔ)能再分布，使光束空間增益均勻性受到破壞。重頻強(qiáng)泵浦時(shí)，Y

2、b介質(zhì)溫升十分顯著，除了影響光束質(zhì)量外，更重要的是介質(zhì)溫升會(huì)造成激光下能級(jí)的堵塞，介質(zhì)內(nèi)儲(chǔ)能的提取效率顯著下降。抑制ASE和高效熱管理對(duì)放大器的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的意義。同時(shí)，由于Yb材料本身的特性，要實(shí)現(xiàn)大激光輸出能量下的系統(tǒng)高效率，激光系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行在近損傷閾值的高通量下。高效激光提取和光學(xué)元件損傷對(duì)激光通量的要求成為激光系統(tǒng)能流設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本文采用理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究了脈沖儲(chǔ)能型重復(fù)頻率片狀Yb∶YAG激

3、光器的泵浦過(guò)程和能量提取過(guò)程。在Yb3+離子泵浦動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，建立了三維含時(shí)的泵浦過(guò)程中的自發(fā)輻射放大模型以及三維的激光提取模型。基于上述模型，討論了介質(zhì)尺寸、摻雜濃度及厚度、介質(zhì)溫度對(duì)自發(fā)輻射放大效應(yīng)、儲(chǔ)能均勻度、光-光轉(zhuǎn)換效率以及可提取總能量的影響，給出了放大器參數(shù)的優(yōu)化方法。應(yīng)用以上優(yōu)化方法，同時(shí)考慮激光通量的限制，設(shè)計(jì)了以獲得10HZ/20J/10ns激光脈沖輸出為目的的激光系統(tǒng)。本文給出了一些關(guān)于抑制ASE的新方法，同時(shí)進(jìn)行

4、了理論分析。進(jìn)行了調(diào)Q振蕩器實(shí)驗(yàn)與片狀放大器增益實(shí)驗(yàn)，通過(guò)模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證了理論模型的正確性。
　　本研究工作在以下幾個(gè)方面取得了創(chuàng)新性的結(jié)果:
　　1.建立了激光系統(tǒng)三維含時(shí)的自發(fā)輻射放大模型以及三維的激光提取模型，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　2.計(jì)算得出了儲(chǔ)能型Yb∶YAG激光器不宜低溫運(yùn)行的結(jié)論。
　　3.將抑制ASE和熱管理進(jìn)行了有機(jī)的耦合。
　　4.基于Yb∶YAG激光材料開(kāi)展了新一代高效率