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高峰值功率、高光束质量的短脉冲激光激光光源在激光频率变换、激光微加工等领域具有极其重要的应用价值。近年来,伴随着半导体技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率也有很大提升,但是由于其热效应严重、光光转换效率低、光束质量差等因素使得全固体激光器难以满足现代社会科技发展的需求。为了获得高峰值功率高光束质量的激光,通常采用主振荡功率放大结构(Master Oscillator Power Amplifier,MOPA)来放大高光束质量、低功率的种子光,从而得到较大的单脉冲能量与峰值功率的激光输出,同时控制系统的光束质量。光纤激光器有着高光束质量、可以利用锁模技术得到较窄的脉冲宽度的优点,缺点在于功率放大过程中的高峰值功率往往会造成光纤放大器的光学损伤、产生明显的非线性效应,往往会严重影响到光纤激光器的输出功率与光束质量。而固体激光放大器可以承受很高的峰值功率,因此本论文提出了采用光纤激光器作为种子源,利用固体放大器作为放大级的光纤-固体混合放大激光系统。本论文着重研究采用侧面泵浦棒状Nd:YVO4晶体和侧面泵浦棒状Nd:YAG晶体放大毫瓦量级的皮秒光纤种子源的相关理论与技术,来获得高峰值功率、高光束质量的光纤-固体和混合放大皮秒激光系统。在光纤-固体混合放大MOPA系统中,需要利用具有高增益的固体放大模块对光纤种子光进行功率放大。对于固体放大模块,本论文采用了端面泵浦Nd:YVO4放大模块和侧面泵浦Nd:YAG放大模块的混合放大结构设计。Nd:YAG晶体的主发射峰波长为1064.5nm而谱线较窄,Nd:YVO4晶体的主发射峰波长为1064.3 nm且谱线较宽,Nd:YVO4晶体在1064nm附近的发射谱线可以完全覆盖Nd:YAG晶体的发射谱线。与Nd:YVO4晶体相比,Nd:YAG晶体的机械强度高,导热性能好,具有良好的散热性能,饱和光强更大,可以承受更高的峰值功率,适用于高功率的激光系统。另外,采用侧面泵浦的泵浦方式,泵浦光从激光晶体侧面泵浦,泵浦面积大,泵浦功率高,很容易实现高功率输出,因此为了获得更高的峰值功率,本论文中采用了第一级端面泵浦Nd:YVO4和侧面泵浦Nd:YAG的混合放大系统。固体放大器中,泵浦功率很高的情况下,因为泵浦光会集在激光晶体很小的空间里面,会造成严重的热透镜效应,会形成强烈的热透镜效应,热透镜的球差效应会严重影响输出光的光束质量,尤其是在双通放大器中。因此,必须要对放大器中引入的球差进行补偿,本论文应用了端面泵浦Nd:YVO4和侧面泵浦Nd:YAG激光系统中的球差自补偿理论来补偿放大器中引入的球差。利用重复频率为50kHz、脉宽为3.9ps、平均功率为10.9mW的光纤种子源,经过两级固体双通放大,最终得到平均功率为27.65 W,峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面泵浦Nd:YVO4放大级,第二级放大器为侧面泵浦Nd:YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子,来控制最终激光输出的光束质量,得到输出激光的光束质量因子M2=1.30,脉宽为8.5ps。这种混合放大方式克服了 Nd:YVO4晶体难以承受高峰值功率的缺点,能够获得高峰值功率的激光输出,同时保证良好的光束质量。国内外关于光纤-固体混合放大系统的研究,没有采用这种端面泵浦Nd:YVO4放大器和侧面泵浦Nd:YAG放大器混合放大的放大方式。利用Nd:YVO4和Nd:YAG放大器对光纤种子光进行混合放大,同时利用球差补偿理论控制光束质量的研究未见报道。