1319 nm的全固態(tài)激光器在鈉信標、激光顯示、激光醫(yī)學、光纖通訊和環(huán)境監(jiān)測等方面有非常重要的應用價值和前景。平面波導結(jié)構(gòu)結(jié)合了板條與光纖介質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,具有較大的散熱面積、較薄的增益區(qū)厚度、體積較小等特點,容易實現(xiàn)較高效率的激光輸出,是近年來高功率固體激光器的發(fā)展方向之一。本論文首次提出采用平面波導結(jié)構(gòu)實現(xiàn)1319 nm激光放大輸出,通過理論分析與實驗研究,驗證平面波導結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高功率高效率1319nm激光放大的可行性,為后續(xù)高功率1319 nm激光輸出提供理論和技術基礎。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.介紹1319 nrm激光器的國內(nèi)外研究進展,詳細介紹了平面波導結(jié)構(gòu)的特點以及與其他介質(zhì)結(jié)構(gòu)對比分析平面波導的優(yōu)勢。2.建立1319 nm平面波導激光放大器的理論模型。根據(jù)Nd:YAG晶體的能級結(jié)構(gòu)以及物理特性,推導1319 nm激光的振蕩速率方程,以及脈沖激光放大器的增益特性,從而分析實現(xiàn)1319 mn激光放大的難點在于抑制1064nm譜線的起振,理論研究1064 nm放大的自發(fā)輻射(ASE)的抑制方法,并得到實驗驗證。3.設計二極管泵浦平面波導1319 nm激光放大器。種子光采用平平腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)1319nm2.8W激光輸出,重復頻率為200Hz,脈沖寬度為160μs;平面波導的端面進行切角處理,有效抑制了放大器的自發(fā)輻射放大和寄生振蕩。放大器采用雙端泵浦方式,利用MATLAB進行仿真計算,得到在100 W泵浦功率下,輸出激光25 W,光光效率為22%。4.根據(jù)設計方案搭建1319nm激光放大器實驗裝置,開展1319nm激光放大實驗。測試種子光的性能,根據(jù)溫度、角度等參數(shù)優(yōu)化泵浦系統(tǒng),綜合理論與實驗結(jié)果進一步分析得到實現(xiàn)高效率1319 nm激光放大的最佳條件。當注入種子光功率為2.8 W時,在雙端72 W泵浦功率下,獲得了 12.3 W激光輸出,重復頻率為200Hz,脈沖寬度為160μs,光光效率達到13.8%。這是國際上首次采用平面波導實現(xiàn)1319nm激光輸出,與其他介質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的1319 nm激光放大器相比,光光效率有了較大的提升。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋／邋Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）逡逑圖１．２鈉導星５８９邋ｎｍ激光系統(tǒng)架構(gòu)逡逑圖１．３應用于鈉黃光激光器的１３１９邋ｒｎｎ激光放大器逡逑２00７年，華北光電技術研究所王建軍等采用棒狀Ｎｄ：ＹＡＧ晶體作為激光增益介質(zhì)逡逑［１１］，激光器采用直通對稱型諧振腔結(jié)構(gòu)，光路原理圖如１．４所示，兩個棒狀增益模塊采逡逑用串接方式，并在增益模塊之間放置９０°石英旋光器以補償增益介質(zhì)的熱致雙折射效應，逡逑兩個聲光調(diào)Ｑ開關在增益模塊兩端。這種直通對稱結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試較為方便，其關鍵部逡逑分在于增益模塊的設計。在重復頻率１０邋ｋＨｚ下，實現(xiàn)了邋１３１９邋ｎｍ調(diào)Ｑ激光輸出，平均逡逑功率達到１５５邋Ｗ，脈沖寬度２０５邋ｎｓ，光光效率１５．７％。逡逑３逡逑

Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ逡逑（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋／邋Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）逡逑圖１．２鈉導星５８９邋ｎｍ激光系統(tǒng)架構(gòu)逡逑圖１．３應用于鈉黃光激光器的１３１９邋ｒｎｎ激光放大器逡逑２00７年，華北光電技術研究所王建軍等采用棒狀Ｎｄ：ＹＡＧ晶體作為激光增益介質(zhì)逡逑［１１］，激光器采用直通對稱型諧振腔結(jié)構(gòu)，光路原理圖如１．４所示，兩個棒狀增益模塊采逡逑用串接方式，并在增益模塊之間放置９０°石英旋光器以補償增益介質(zhì)的熱致雙折射效應，逡逑兩個聲光調(diào)Ｑ開關在增益模塊兩端。這種直通對稱結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試較為方便，其關鍵部逡逑分在于增益模塊的設計。在重復頻率１０邋ｋＨｚ下，實現(xiàn)了邋１３１９邋ｎｍ調(diào)Ｑ激光輸出，平均逡逑功率達到１５５邋Ｗ，脈沖寬度２０５邋ｎｓ，光光效率１５．７％。逡逑３逡逑

兩個方向的光束質(zhì)量Ｍ２分別為１．３４和１．５２。此外，該課題組也在板條放大器上進行了逡逑１３１９ｎｍ激光放大技術研宄［１３３。采用端面泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ矩形板條，種子光利用反射鏡多逡逑次通過板條寬度方向上的不同區(qū)域，實現(xiàn)了五通放大結(jié)構(gòu)，如圖１．５所示。種子源為脈逡逑沖重復頻率１邋ｋＨｚ、脈沖寬度７５押、平均功率１０邋Ｗ的線偏振１３１９邋ｎｍ激光，經(jīng)板條五逡逑通放大后輸出功率４２．３邋Ｗ，放大器的光光效率６．５％，光束質(zhì)量Ｍ２分別為１．１３和２．１６。逡逑ＣＬｓ邋Ｍ２邋Ｎｄｓ：＾Ｇ邋Ｍ３邋ＣＬｓ逡逑邐邋邐邋＾邐Ｏｕｔｐｕｔ逡逑ｐｓｃｉｌｌａｔｏｒ＾－［Ｆｇ－１邋0—ＪｆＭ１邋Ｍｆ＾邐＾￣逡逑ＳＬ邐ＣＬ逡逑圖１．５邋１３１９邋ｎｍ板條激光放大器光路逡逑２０１３年，中國工程物理研究院應用電子學研究所李楠等報道了基于ＭＯＰＡ結(jié)構(gòu)的逡逑準連續(xù)長脈沖１３１９ｎｍ激光器激光器包括振蕩器和兩級放大器，其中１３１９ｎｍ振蕩逡逑器為雙棒串接結(jié)構(gòu)，預放為四棒串接雙通放大結(jié)構(gòu)，主放為雙棒串接雙通放大結(jié)構(gòu)，所逡逑有激光頭均為側(cè)面泵浦的棒狀Ｎｄ：ＹＡＧ模塊。在脈沖重復頻率５０Ｈｚ時，輸出單脈沖能逡逑量８００ｍＪ，脈寬２００＃，光束質(zhì)量Ｍ２＝１．５，其輸出功率隨泵浦工作電流的變化如圖１．６逡逑所示。逡逑４逡逑

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本文編號：2830957