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激光晶体热透镜效应的控制方法研究

作　者: 王起阳
导　师: 过振
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 二极管泵浦固体激光器热效应梯度掺杂端面研磨
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高功率输出是目前LD抽运全固态激光器的一个重要的发展方向,而限制激光器功率提高的一个重要因素是激光晶体的热效应。热效应对激光器的影响主要由三个方面:温度梯度热透镜、端面形变热透镜和应力双折射热透镜,它们的作用效果在总的热效应中占的比重分别为:75%,20%和5%。本文将提出两种抑制温度梯度热透镜的方法,并讨论这两种方法对减小激光晶体温度梯度热透镜效应的作用,并和传统的方法做了比较,讨论了这两种方法相对于传统方法的优点。首先,本文提出了一种激光晶体径向梯度掺杂的方法抑制热透镜中非理想透镜效应。这种方法利用基模和高阶模在径向能量分布上的差异,只在基模的光斑半径内加入掺杂粒子,并考虑泵浦光光强的径向分布,使掺杂浓度在基模的光斑半径内存在径向的梯度变化,目的是使热耗在基模的光斑半径内均匀分布,以达到消除非理想透镜的目标。本论文讨论了在以高斯光和平顶光为泵浦光的情况下,晶体掺杂浓度径向变化的特点,又讨论了当泵浦光的光强分布偏离额定的光强分布时,这种方法相对于普通的径向均匀掺杂的方法在抑制非理想热透镜效应方面是否仍然存在优势。根据论文中数值计算的结果发现,泵浦光为高斯光时的径向梯度掺杂方案在泵浦光的光强分布与预定的分布有一定偏差的时候仍然能保持一定的优势,而平顶光为泵浦光的情况下的径向梯度掺杂方案在这方面的效果不理想。其次,本文讨论了一种激光晶体端面形状设计的方法来抵消温度梯度热透镜。本论文在传统的端面球面研磨方法的基础上做了革新,使其在抵消温度梯度热透镜效应方面更加精确。并在以高斯光和平顶光做为泵浦光的情况下,对这种方法进行了讨论,并对其在抵消温度梯度热透镜方面的作用和传统的球面研磨方法做了比较。最后发现,在一定泵浦光的光强分布下,将激光晶体的端面制作成相应的形状,可以非常有效的抵消激光晶体的温度梯度热透镜。本论文提出了两种控制激光晶体热透镜的方法,希望能对今后提高大功率激光器光束质量领域的研究提供一些思路。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 激光二极管泵浦固体激光器  7-10
    1.1.1 固体激光器的发展  7-9
    1.1.2 激光二极管抽运固体激光器（DPSSL）  9-10
    1.1.3 LD 抽运的全固态激光器的发展方向  10
  1.2 激光晶体热效应的提出  10-11
  1.3 论文的研究重点  11-13
第二章激光晶体的热效应  13-21
  2.1 二极管泵浦固体激光器的模型及热效应问题的引出  13-16
    2.1.1 二极管泵浦固体激光器的模型  13-14
    2.1.2 激光晶体的热效应  14-16
  2.2 热效应对激光器输出光的影响及传统的散热技术  16-21
    2.2.1 热效应对激光器输出光的影响  16-17
    2.2.2 几种传统的散热技术  17-21
第三章改善输出光横模结构与抑制热透镜的矛盾  21-33
  3.1 光束衍射倍率因子  21-22
  3.2 优化输出光的模式结构  22-30
    3.2.1 开腔模的一般物理概念  22-24
    3.2.2 泵浦功率空间分布与振荡光横模结构的关系  24-30
  3.3 非理想透镜热透镜的产生和影响因素  30-33
第四章掺杂浓度的径向分布设计方法研究  33-47
  4.1 高斯光泵浦情况下径向掺杂最佳分布设计  34-36
  4.2 其他情况下掺杂浓度的径向最佳分布  36-39
  4.3 对于径向梯度掺杂设计方法的讨论  39-47
第五章端面形状的设计方法研究  47-61
  5.1 高斯光泵浦情况下的端面形状设计  48-54
  5.2 平顶光泵浦下晶体端面形状设计  54-61
第六章总结和展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-67
附录  67-74
  附录A 泵浦光半径对输出光模式影响程序  67-71
  附录B 高斯光泵浦条件下晶体温度分布计算程序  71-72
  附录C 二阶平顶光泵浦条件下晶体端面研磨形状计算  72-74

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