【摘 要】
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碟片激光器作为一种新型的固体激光器,较薄厚度的增益介质对激光器运行过程中产生的废热进行有效地管理,大的径厚比可以较为容易的实现更大的增益区,为高平均功率,大脉冲能量、高光束质量的激光输出提供了有力的器件支撑。然而,碟片激光器在更高功率激光输出的技术路线中,碟片状晶体内部产生的放大自发辐射(ASE)效应成为了制约其实现高功率输出的一个主要因素。ASE效应会消耗大量上能级粒子数,与受激辐射的激光形成竞争,并且影响碟片内的增益和温度分布,严重限制激光振荡器或放大器的运行效率。本文在分析ASE光子传输特性的基础上
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碟片激光器作为一种新型的固体激光器,较薄厚度的增益介质对激光器运行过程中产生的废热进行有效地管理,大的径厚比可以较为容易的实现更大的增益区,为高平均功率,大脉冲能量、高光束质量的激光输出提供了有力的器件支撑。然而,碟片激光器在更高功率激光输出的技术路线中,碟片状晶体内部产生的放大自发辐射(ASE)效应成为了制约其实现高功率输出的一个主要因素。ASE效应会消耗大量上能级粒子数,与受激辐射的激光形成竞争,并且影响碟片内的增益和温度分布,严重限制激光振荡器或放大器的运行效率。本文在分析ASE光子传输特性的基础上,将Yb:YAG晶体的再吸收特性引入泵浦光斑的设计中,提出了可调节环形光斑的泵浦方案,建立相应的理论分析模型,深入研究了此泵浦光斑对ASE效应的抑制能力,并进行了优化设计,具体研究内容如下:
首先,将Yb:YAG晶体再吸收特性引入ASE光子流传输特性的分析模型,结合速率速率方程,数值迭代技术,对比分析了三种泵浦光斑(圆形泵浦、空心泵浦、可调节环形泵浦)条件下,ASE光子流密度,激光输出功率,增益系数等核心参数,并开展可调节环形泵浦光斑泵浦抑制ASE效应的优化设计。结果表明,Yb:YAG碟片晶体非泵浦区的存在能够有效地抑制被增益区放大的自发辐射光子,提高碟片激光器的增益系数和输出功率密度水平。尤其是对于大泵浦光斑,可调节环形泵浦光斑的抑制能力比传统的圆形光斑优势更为明显现。同时,通过对可调节环形泵浦光斑非泵浦的面积和位置的优化,能够实现对ASE效应的最佳抑制,增益系数和输出功率密度得到了显著提升。
其次,本文结合开腔衍射理论和Fox-Li迭代方法,仿真出了三种泵浦状态下经谐振腔震荡后输出的稳态光场分布。结果表明,在大模场多模运行时,可调节环形光斑对激光器输出模式的影响有限。
最终,本文所提出的可调节环形泵浦光斑泵浦的方式在大泵浦光斑,更高功率输出的条件下,能够有效的抑制碟片激光器ASE效应,且实现方式较键合端帽、增加边缘吸收层的方案更加简单,为碟片激光器抑制ASE效应提供了一种有效的方案。
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