论文部分内容阅读
近年来由于大功率激光二极管制造工艺的成熟和生产成本的降低,使二极管泵浦固体激光器的研究得到了飞快的发展。二极管泵浦固体激光器的核心技术包括光束耦合、光束质量、电源技术、冷却系统、控制系统及系统集成。本课题着重对其中的大功率固体激光器侧面泵浦方式中的泵浦耦合进行了研究。
本论文调研国内外发展趋势,比较了不同的泵浦耦合方式。相对于其它耦合方式,如自聚焦透镜、光纤、非球面镜、或直接耦合等,透镜导管提供了较高的耦合效率及较好的光束质量,特别适合于以大功率激光二极管泵浦的全固态激光器。
透镜导管除输入端为球面(或柱面)外,其余五个面皆为平面,激光二极管发出的光进入透镜导管球面输入端被输入面会聚,并由其四个抛光的平面全反射,将激光集中至尾端平面输出。透镜导管可以将激光二极管的光作适度的压缩,使得在透镜导管输出端拥有较高的功率密度。一般透镜导管的耦合效率可达80%以上。
对实心透镜导管的聚光原理进行了理论分析,并使用ZEMAX进行非序列光线追迹和参数优化,确定了结构参数,并进行了实验验证,与理论结果吻合很好,所设计的透镜导管可以在单方向上把发光面积压缩到1/4以下,并且达到了实际耦合效率达到了80%以上。
最后,对于所设计的透镜导管设计了一个小型的固体板条激光器,验证了透镜导管耦合方式的有效性。工作介质为Nd:GGG,尺寸为2×10×20mm3,激光介质为长方体的薄片激光固体板条。采用实心透镜导管把激光二极管bar条输出的泵浦光耦合到激光介质上。泵浦光由激光固体板条的侧面进入激光固体板条,并经板条的两个大面全反射,由板条吸收。激光固体板条由上下两个大面使用通水热沉散热。激光谐振腔采用平凹腔。
由于采用了实心透镜导管使得激光器结构紧凑、加工简单、方便设计调试、耦合效率高;可以使用更多的激光二极管阵列,得到高的泵浦功率;激光介质为板条结构,易于散热,可以实现固体激光器的大功率、高光束质量的激光输出。光光转换效率达15.7%。