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Yb：YAG薄片内腔倍频技术研究

作　者: 王春华
导　师: 王卫民
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 光学工程
关键词: Yb:YAG 薄片激光器多通泵浦 Q-Switch 内腔倍频
分类号: TN248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

激光二极管(LD)泵浦固体激光器以其高效率、全固化、结构紧凑、工作稳定和长寿命等优点,广泛应用于科研、材料加工、医疗、军事等领域。薄片激光器可以同时实现高功率,高效率以及高光束质量,是固体激光器发展的一个重要方向。在应用需求的牵引下,基于LD泵浦的Yb:YAG薄片激光技术得到了广泛的研究。本文对多通泵浦Yb:YAG薄片激光器技术展开了研究,并利用该系统实现了高光束质量的高重频515nm绿光输出。论文分析了多通泵浦Yb:YAG薄片激光器的理论模型,利用该模型,建立了基于Yb:YAG薄片激光器的16通泵浦耦合系统。数值模拟了该模型下的激光输出,建立了实验装置,开展了实验研究。在泵浦功率为81.6W时,采用曲率半径为-800mm,透过率为5%的输出镜,获得了31.4W的1030nm连续激光输出,光光转换效率为38.5%；采用曲率半径为-2000mm,透过率为10%的输出镜,获得了22W的1030nm连续激光输出,光光转换效率为27%,M2≤1.1。以激光速率方程为基础,分析了准三能级快速调Q腔内光子数密度和反转粒子数之间的耦合方程。并对Yb:YAG薄片的多通泵浦吸收过程进行分析,描述了多通泵浦Yb:YAG薄片泵浦吸收过程。模拟了连续泵浦Yb:YAG薄片激光器在一定调Q频率下的粒子反转数、脉冲能量,脉冲宽度。在理论指导下开展了多通泵浦Yb:YAG薄片激光器调Q实验,并与模拟结果进行了对比。分析了Yb:YAG内腔倍频的速率方程。对LBO晶体Ⅰ类非临界相位匹配倍频进行了分析,计算了LBO晶体Ⅰ类倍频非临界相位匹配相关参数。通过ABCD矩阵,设计了Z型谐振腔,合理控制了模式匹配以及倍频晶体处的束腰半径。在泵浦功率为81.6W,调Q频率为5kHz时,获得了10.2W的515nm绿光输出,脉冲宽度为150ns,光光转换效率为12.5%,光束质量M2x=1.3,M2y=1.6。在完成实验任务的同时,结合实际工作,对实验的改进提出了一些设想。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 二极管泵浦固体激光器发展概况  8-11
  1.2 二极管泵浦Yb:YAG固体激光器发展概况  11-18
    1.2.1 Yb:YAG晶体的特性  11-13
    1.2.2 二极管泵浦Yb:YAG固体激光器研究现状  13-18
  1.3 本论文内容  18-19
  1.4 小结  19-20
第二章 Yb:YAG薄片激光器技术研究  20-32
  2.1 Yb:YAG薄片激光器连续工作模型  20-22
  2.2 Yb:YAG薄片激光器系统参数设计  22-27
  2.3 Yb:YAG薄片激光器连续工作实验研究  27-31
  2.4 小结  31-32
第三章 Yb:YAG薄片激光器调Q技术研究  32-43
  3.1 调Q的理论分析  32-40
    3.1.1 Yb:YAG调Q的速率方程  32-34
    3.1.2 Yb:YAG薄片激光器调Q的理论分析  34-38
    3.1.3 Yb:YAG薄片激光器调Q的输出性能估算  38-40
  3.2 Yb:YAG薄片激光器调Q实验研究  40-42
  3.3 小结  42-43
第四章 Yb:YAG薄片激光器内腔倍频技术研究  43-64
  4.1 内腔倍频过程的理论分析  43-46
    4.1.1 倍频效应的小信号近似解  43-44
    4.1.2 内腔倍频的速率方程  44-46
  4.2 双轴晶体的相位匹配理论  46-55
    4.2.1 非线性晶体LBO  46-47
    4.2.2 双轴晶体的相位匹配分析  47-55
  4.3 内腔倍频谐振腔设计  55-60
    4.3.1 谐振腔的理论分析  55-57
    4.3.2 Z型腔分析计算  57-60
  4.4 Yb:YAG薄片激光器内腔倍频实验研究  60-62
  4.5 小结  62-64
第五章总结与展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70

Yb：YAG薄片内腔倍频技术研究

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