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高效率DPSSL设计中的相关问题研究

作　者: 连晓娟
导　师: 王石语
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 固体激光器热效应转换效率激光晶体仿真算法
分类号: TN248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 78次
引　用: 2次
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内容摘要

LD端面泵浦的调Q固体激光器(DPSSL),以高效率、长寿命、高稳定性、高光束质量及结构紧凑等优点引起人们的广泛关注,成为当今国际激光领域的研究热点之一,因此研究高效率的DPSSL具有重要的意义。在泵浦源输出功率有限的情况下,对激光腔进行优化设计是提高转换效率的重要途径之一。二极管泵浦固体激光器转换效率的提高意味着泵浦光能量能够更加有效的转化成DPSSL振荡光能量输出,实现这种能量转化的核心部件是激光介质,选取高吸收效率、高量子效率的激光介质能够极大的提高固体激光器的转换效率。但是实际应用中激光晶体的热效应破坏了泵浦光与振荡光之间的模式匹配,导致晶体的光光转换效率下降,限制了输出功率以及转换效率的提高。论文主要研究了高效率二极管端面泵浦固体激光器设计过程中的两大相关问题:激光介质的选取以及晶体热效应对优化设计的影响。激光晶体是全固态激光器中最重要的核心部分,在很大程度上决定了激光器的输出特性。激光晶体在吸收激光二极管泵浦光能量产生荧光辐射的同时,部分泵浦光能量转变为晶体的热能,在晶体内部形成非均匀温度分布。本文主要研究热致衍射损耗对固体激光器输出性能的影响。研究了在考虑晶体热效应的情况下,如何最优化设计激光二极管(LD)端面泵浦的固体激光器。综合考虑泵浦光束分布、泵浦功率、谐振腔结构以及激光介质的热效应对激光器转换效率的影响,给出设计激光器的一套仿真计算算法。结果表明,热致衍射损耗与泵浦光半径、泵浦功率、腔长、振荡光半径以及晶体材料有关,与输出镜透过率以及重复频率无关。在考虑热致衍射损耗的情况下,当泵浦功率一定时,存在最佳的泵浦光参数和谐振腔参数使得DPSSL的转换效率最大。在此基础上进一步研究了不同激光晶体的固体激光器的输出性能。主要选取了Nd:YAG、Nd:YVO4和Yb:YAG三种激光介质进行研究。研究过程中在其它条件相同的情况下,比较了三种激光介质调Q二极管泵浦固体激光器(DPSSL)在高重频时转换效率的大小。

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