【摘要】：在半導體泵浦固體激光器(DPSSL)的基礎上進一步發(fā)展而來的碟片激光器,因為其優(yōu)秀的結構設計,很大程度上抑制了熱效應問題。但是,隨著碟片激光器輸出功率的提高,熱透鏡效應產(chǎn)生的熱畸變仍然無法忽視,甚至成為限制激光器輸出功率和光束質量的重要原因。用球面可變形反射鏡來對碟片激光器熱焦距的動態(tài)范圍進行測量,以及對熱畸變的球面部分進行補償,對碟片激光器的設計非常重要。本文從基爾霍夫薄板理論出發(fā),分析了施加均勻載荷下圓形薄板的彎曲,得到圓形薄板中心區(qū)域的形變可以近似為一個球面的結果。通過COMSOL仿真軟件對該模型的仿真與驗證,封裝了這種球面變形鏡。并展開在不同壓強條件下,鏡面變形特性的測試與分析,獲得了球面變形的實驗結果,并發(fā)現(xiàn)了球面變形的曲率半徑與壓強的關系,為基于此球面變形鏡的碟片激光器熱焦距的測量與動態(tài)諧振腔的設計奠定了器件基礎。其次,基于所設計的球面變形鏡曲率半徑的變形范圍,設計了諧振腔穩(wěn)區(qū)寬度不變,穩(wěn)區(qū)邊界平移的碟片激光晶體熱焦距精確測量的方案,可獲得更為準確的碟片激光晶體熱焦距的變化范圍。隨后,基于所獲得熱焦距的變化范圍,通過動態(tài)諧振腔的設計技術,給出不同注入功率條件下熱焦距與球面變形鏡曲率半徑的匹配關系,使得該激光器的運行工作點始終工作在最佳位置,實現(xiàn)全泵浦范圍內高光束質量的激光輸出。最后,基于所設計的球面變形鏡,開展了碟片固體激光器熱焦距的測量與基模諧振腔動態(tài)補償技術的實驗研究。獲得了不同泵浦功率下碟片的光焦度從0.115(1/m)到0.189(1/m)的變化范圍。以此為基礎,采用球面變形鏡實現(xiàn)了全泵浦范圍內熱焦距的動態(tài)補償,在泵浦功率55W時,光束質量因子從M_x~2,M_y~2分別為1.9544,1.9672改善到1.2052和1.1153。
【圖文】：

圖 1-1 碟片激光器的基本結構雖然碟片激光器優(yōu)異的結構設計使其熱效應有了進一步改善，但是在高功況下，其熱效應仍然是不能忽略的[16-17]，是限制碟片激光器進一步發(fā)展的重要原因。為了方便研究碟片激光器的熱效應，可將其視為一個包含熱透鏡光諧振腔[18-20]，其熱效應也稱為熱透鏡效應，并可以用動態(tài)穩(wěn)定腔的方法來熱透鏡效應。通過測量碟片晶體不同泵浦功率下的光焦度，有助于設計合適態(tài)穩(wěn)定腔；通過補償熱透鏡效應帶來的熱畸變，能夠進一步擴展激光器的輸率，提高光束質量。使用合適的光學元件，，如可變形反射鏡來補償?shù)す鉄峄儯菍崿F(xiàn)激光器性能進一步優(yōu)化的比較好的辦法。課題組對 Yb:YAG 碟片激光器中的熱透鏡效應問題已經(jīng)做了大量的研23]，通過建立碟片熱傳導模型，對碟片晶體中溫度分布、應力分布、光程差

圖 1-4 直接液冷板條固體激光器的 MOPA 結構及其自適應光學系統(tǒng)這種系統(tǒng)不僅放大了激光器的輸出功率，還通過液冷和變形鏡的雙重補償進一步改善了輸出功率和光束質量，而自適應系統(tǒng)則能夠實時地提高激光器的性能。如圖 1-5 所示為波前傳感器在不同條件下測得的遠場強度分布，該系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)千瓦的 1064nm 激光器的光束質量控制，峰值強度提高了 10 倍以上。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248

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