【摘要】：近年來(lái),固體激光器因體積小、質(zhì)量輕、全電運(yùn)行和堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn),已成為激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著科學(xué)發(fā)展和工業(yè)需求,高功率、高光束質(zhì)量和高效率逐漸成為固體激光器所追求的目標(biāo)。其中非穩(wěn)腔式固體激光器結(jié)構(gòu)緊湊、器件少、可靠性高,現(xiàn)已成為固體激光器實(shí)現(xiàn)功率定標(biāo)放大的重要技術(shù)路線之一。然而固體激光器隨著泵浦功率和增益模塊數(shù)目增加,將產(chǎn)生大量的廢熱,造成腔內(nèi)像差急劇變化,嚴(yán)重制約激光輸出功率和光束質(zhì)量。為保持固體激光器的緊湊性,提出了腔內(nèi)校正像差影響的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)需求。本文緊緊圍繞環(huán)形非穩(wěn)腔固體激光器及其腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)開(kāi)展理論和實(shí)驗(yàn)研究。搭建了環(huán)形非穩(wěn)腔Nd:YAG板條激光器,實(shí)現(xiàn)了高功率單向激光輸出,并且進(jìn)一步集成了腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),顯著改善了輸出光束質(zhì)量。論文的主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)方面:首先,針對(duì)現(xiàn)有的Nd:YAG板條激光器的環(huán)形非穩(wěn)腔方案進(jìn)行了分析,對(duì)現(xiàn)有環(huán)形腔中倒向波抑制的方法進(jìn)行了歸納和總結(jié),并結(jié)合板條激光器的像差特性和實(shí)際應(yīng)用需求,選取了限孔光闌抑制倒向波的方案;通過(guò)求解環(huán)形非穩(wěn)腔的特征光束,建立了限孔光闌尺寸與增益介質(zhì)中倒向波體積的數(shù)學(xué)解析關(guān)系,定量研究了倒向波抑制對(duì)限孔光闌尺寸的要求,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了限孔光闌抑制倒向波的有效性,最終在環(huán)形非穩(wěn)腔板條激光器中實(shí)現(xiàn)了高功率單向激光輸出。其次,針對(duì)環(huán)形非穩(wěn)腔激光模式計(jì)算的問(wèn)題,結(jié)合環(huán)形腔的實(shí)際情況,選取了Fox-Li數(shù)值迭代算法進(jìn)行求解;通過(guò)物理光學(xué)解決了環(huán)形腔內(nèi)衍射傳輸?shù)膯?wèn)題,構(gòu)建了環(huán)形非穩(wěn)腔的數(shù)值計(jì)算模型,定量分析了腔內(nèi)傾斜對(duì)環(huán)形非穩(wěn)腔輸出光束的影響;基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果,分析并制定了一種傾斜校正策略,最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該策略的有效性,提高了環(huán)形非穩(wěn)腔輸出功率,抑制了輸出光束抖動(dòng)。最后,根據(jù)波前斜率信息利用模式法對(duì)腔內(nèi)像差進(jìn)行復(fù)原,定量研究了該環(huán)形非穩(wěn)腔板條激光器對(duì)腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)要求,并結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件,選取了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù),數(shù)值分析了腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)校正對(duì)輸出激光的影響;基于腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)校正的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,搭建了腔內(nèi)像差校正實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了環(huán)形非穩(wěn)腔腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)校正的有效性,最終在低功率下實(shí)現(xiàn)較好的腔內(nèi)像差校正,將輸出光束質(zhì)量提升到1.61倍衍射極限(β),在高功率下提高了輸出功率的同時(shí),提升了激光輸出光束質(zhì)量。通過(guò)對(duì)環(huán)形非穩(wěn)腔板條激光器的倒向波抑制和腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的研究,從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了此方法的可行性,為非穩(wěn)腔式固體激光器實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的目標(biāo)提供一種新思路。
【圖文】：

第一章 緒論器及其發(fā)展趨勢(shì)（TheodoreH.Maiman）于 1960 年成功研制出世界世界上科學(xué)家們最熱衷研究的問(wèn)題之一。作為 20 世技術(shù)及其相關(guān)的激光物理學(xué)在近 60 年里不斷發(fā)展壯推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展的同時(shí)，也為人類未來(lái)便利的生活高、準(zhǔn)直性高、單色性好和易于同步等特點(diǎn)，已經(jīng)廣活、醫(yī)療美容、工業(yè)加工以及通信等領(lǐng)域[5-13]。固體全電運(yùn)行和堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)[14]，已是當(dāng)今研究和應(yīng)用學(xué)的發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用的需求，高功率、高光束質(zhì)量和固體激光發(fā)展的重大方向和目標(biāo)[15-22]。

振蕩器功率放大器蕩功率放大器結(jié)構(gòu)，通常是由主振蕩器和增益放大模塊組成，低功率、高光束質(zhì)量的種子激光，增益放大模塊對(duì)種子激光進(jìn)高功率激光，再利用 AO 技術(shù)提高光束質(zhì)量[39]。方面，，美國(guó)諾格公司采用“多鏈路 MOPA+AO+相干合成”輸5 年，該公司 Gregory Goodno 等人利用兩條 12.5kW 板條激光出 25kW 激光功率[40]，詳見(jiàn)圖 1.2；2006 年，諾格首次報(bào)道 2合成輸出功率 19kW，光束質(zhì)量（BQ）為 1.73[41]；2007 年，ond 等人利用 Nd: YAG 板條 Vesta 模塊實(shí)現(xiàn)單鏈路輸出功率 1BQ）小于 1.3 倍衍射極限[42]，光路見(jiàn)圖 1.3；2009 年，諾格公 的 MOPA 鏈路進(jìn)行相干合成實(shí)現(xiàn) 105kW 功率輸出，合成首次實(shí)現(xiàn)固體激光器百千瓦級(jí)功率輸出[42-43]，實(shí)物見(jiàn)圖 1.4。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248;O439

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本文編號(hào)：2707593