【摘 要】
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激光二极管泵浦的Nd:YAG全固态激光器,因其脉冲激光输出能量大、脉宽窄、光束质量好,广泛应用于星载测高、激光雷达、非线性转换等领域。本文对高温LDAs侧面泵浦的Nd:YAG激光器输出特性进行了研究,利用高温LDAs泵浦源的散热压力小的优点,有效缩短制冷系统体积实现了激光器稳定调Q及良好的光束质量输出。对多波长LDAs侧面泵浦的Nd:YAG激光器进行了研究,利用多波长LDAs泵浦源谱线宽的优点,避
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激光二极管泵浦的Nd:YAG全固态激光器,因其脉冲激光输出能量大、脉宽窄、光束质量好,广泛应用于星载测高、激光雷达、非线性转换等领域。本文对高温LDAs侧面泵浦的Nd:YAG激光器输出特性进行了研究,利用高温LDAs泵浦源的散热压力小的优点,有效缩短制冷系统体积实现了激光器稳定调Q及良好的光束质量输出。对多波长LDAs侧面泵浦的Nd:YAG激光器进行了研究,利用多波长LDAs泵浦源谱线宽的优点,避免了使用温控系统,使得激光器更加小型化、低能耗。首先,通过对比其他掺钕离子的激光晶体,对Nd:YAG晶体的物理和光学性质分析,最终选择Nd:YAG晶体作为激光增益介质。推导了Nd:YAG晶体四能级系统的速率方程。通过主动调Q理论,建立了调Q的速率方程,并对输出功率/能量以及脉冲宽度进行了求解。根据热传导基本公式,计算了Nd:YAG晶体的热效应,并采用Ansys模拟了侧面泵浦Nd:YAG晶体的热量分布情况。然后,研究了高温LDAs侧面脉冲泵浦Nd:YAG激光器的输出特性。通过分析高温工作下的Nd:YAG晶体能级粒子分布规律,提高晶体工作温度有利于增加激光器增益。利用钨铜热沉的高导热特性对泵浦源进行散热,TEC控温使得泵浦源在60±3℃稳定工作。在泵浦电流150A,泵浦电脉宽250μs,重复频率20Hz、1Hz条件下,实现了最大单脉冲能量为230m J、246m J,脉冲宽度为8.4ns、7.8ns的激光输出。采用高温型LDAs泵浦源可以有效降低温控系统的制冷压力,缩小制冷系统体积使得激光器整体更加紧凑,是实现激光器大能量、小型化的可行方案。最后,为扩展激光器工作温度,采用多波长LDAs侧面泵浦Nd:YAG晶体。泵浦源采用4-λ激光二极管,测试了泵浦源在25,35,45,55℃下发射波长,分析了Nd:YAG晶体吸收效率随着温度的变化。在泵浦电脉宽250μs,泵浦电流150A,输出镜透过率70%,重复频率为20Hz、1Hz的条件下,实现了最大单脉冲能量为191m J、198m J,对应脉冲宽度为13.4ns、12.8ns的激光输出。在25～55℃内激光器输出能量先升高后降低,最低输出脉冲能量为179m J。采用多波长LDAs泵浦源可以实现激光器免温控工作,是减小激光器体积、重量、功耗的有效途径,拓宽了激光器宽温度工作的适用性。
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