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半导体泵浦全固态激光器具有性能稳定、效率高、寿命长以及光束质量好等优点,在军事国防、工业生产以及科学研究等众多领域拥有巨大的应用价值。如何进一步提高激光输出功率获得超高功率同时保证高光束质量,一直是全固态激光研究的热点和难点。目前,为获得更高功率高光束质量激光输出,通常采用的方法是多光束合成。光束合成包括光束相干合成和光束非相干合成。本文针对固体激光非相干合成的光束质量进行了理论和实验研究,主要成果如下:
1.建立了傍轴条件下多束基模高斯光束非相干合成光束质量分析评价的理论模型。利用该模型,研究了方形、圆形光束排布合成光束的传输特性;同时采用衍射倍率β因子作为光束质量的评价因子,对合成光束在不同的排布形式、不同的光束合成数量、不同的光束空间占空比、不同的光束束腰失配以及不同的光束指向失配五个方面对β因子的影响进行了理论分析。
2.利用环形腔,进行了两束光共心非相干合成和单束光输出光束质量的对比实验。实验结果表明,即使光束完全重合,光束束腰的失配也会对合成光束的光束质量造成较大的影响,与理论分析相一致。为了获得适合非相干合成的激光光源,成功研制了高功率高光束质量窄线宽侧泵1064nmNd:YAG激光器。对谐振腔进行了优化设计,激光器采用单向运转三镜对称环形腔,使用热致双折射补偿的双棒串接结构,并在腔中插入法布里-波罗标准具控制激光线宽。当重复频率为500Hz时,获得最高平均输出功率62.5W,M2=1.15的激光输出,测量其线宽最大值小于0.2GHz。