基于达曼点阵泵浦的连续和被动调Q输出Nd:YVO4激光器研究

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激光二极管(Laser diode,LD)泵浦的固体激光器(Diode-pumped solid statelaser, DPSS)具有高效率、紧凑、稳定、长寿命和光束质量高等优点,已成为激光器件领域内的一个非常活跃的方向。在其中,多光束输出激光器由于具有提高效率的优势,在内燃机、打印机、光存储等方面有着重要的价值。产生多光束输出最直接的方法是利用来自LD的泵浦光束泵浦激光晶体产生单一的高功率光束,然后经过分束元件分光形成多路光束。但在此情况下,激光晶体受到高强度泵浦光辐射会产生严重的热变形,从而增加了单块增益介质的损伤概率而且会导致光束质量退化。利用多个泵浦光源泵浦一个或多个激光晶体形成多路激光振荡也可以获得多光束的输出。虽然该方法能够降低晶体的热效应,但是增加了激光器的成本和结构的复杂性。因此,如何利用单一泵浦源泵浦单块激光晶体、在单一激光谐振腔内简单高效的产生多光束激光输出成为一个研究热点。其次,众所周知,达曼光栅是一种二元光学元件,可以将平行入射光线等强度分束从而经透镜傅里叶变换后在远场处生成等强度点阵。它不仅通过0、π相位的调制获得较高的衍射效率,而且易于实现批量复制和生产,制作成本低。  在本研究中,我们首次将达曼光栅点阵引入DPSS系统,利用达曼光栅对泵浦光进行分束整形。在此基础上,分别实验和理论研究了2×2达曼阵列泵浦的连续以及被动调Q脉冲输出Nd∶YVO4激光器。  本论文的主要内容是:  第一章,简单介绍了DPSS发展历程,然后介绍了多光束激光的应用范围及其优势,接着介绍了多光束激光产生的方法,最后概括的论述了本文的主要研究内容。  第二章,首先简单介绍了固体激光器中的热效应及其对激光器输出性能的影响,进一步通过数值计算模拟了单点泵浦和2×2点阵泵浦Nd∶YVO4激光器时激光晶体内部温度的分布,以及其产生的光程差及相应的热透镜焦距,理论比较了单点泵浦和2×2点阵泵浦结构下激光器输出特性的差异。  第三章,首次实验实现了基于达曼光栅阵列泵浦的2×2点阵Nd∶YVO4激光器并获得连续输出。通过引入达曼光栅将来自808nm二极管激光器的输出光转换为2×2泵浦阵列,然后利用该阵列泵浦置于单个平-平腔中的单块Nd∶YVO4激光晶体,获得了2×2阵列的连续激光的输出。在泵浦功率为6.22W时,该激光器斜坡效率为18.4%,获得的四个光束的总功率为800mW。在此基础上我们进一步调节泵浦点阵之间的距离,实验中观察到所获得的阵列输出光束存在相位锁定现象,对比了d=1.31mm和d=1.26mm时获得的相干输出的激光性能和光斑图像,通过实验和理论解释了2×2点阵激光束彼此之间的相位锁定现象。  第四章,实验研究了2×2点阵输出的被动调Q Nd∶YVO4激光器,获得高峰值功率、短脉冲的2×2阵列激光输出。通过达曼光栅对泵浦光分光后实现了2×2阵列泵浦,然后利用该阵列泵浦置于单个平-平腔中的单块Nd∶YVO4激光晶体,并在激光器腔内加入可饱和吸收晶体Cr4+∶YAG作为被动调Q开关,得到了2×2阵列脉冲激光的输出。当泵浦总功率为7.44W时,获得了366mW的总激光输出功率,且阵列中任意一个光束的光功率不均匀性低于4%,输出2×2点阵脉冲的重复频率分别为278kHz、299kHz、284kHz、290kHz,脉宽相应的分别为155ns、160ns、175ns、170ns。  第五章,总结了本论文的研究内容。
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