LD泵浦固体激光器理论与实验研究

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论文首先介绍当前LD泵浦固体激光器系统的特点和存在的主要问题,总结其国内外的发展现状。其次,详细阐述改善热效应的方法,重点研究谐振腔参数与泵浦光空间分布对激光器振荡效果的影响。  通过MATLAB软件数值模拟固体激光器激光晶体热效应、光学谐振腔结构与泵浦光空间分布,模型中包括LD泵浦光源、谐振腔镜、Nd:YVO4、KTP。以矩形截面激光晶体热模型为基础,采用数值分析中的差分法求解各向异性激光介质热传导方程,利用MATLAB程序语言进行较精确的数值计算;以光学变换矩阵为基础,采用G参数等价腔分析法对谐振腔系统性能进行分析,包括光束传输特性及稳定性条件;以端面泵浦Nd:YVO4激光器为平台,建立泵浦光与振荡光的交迭积分模型,研究不同的泵浦光三维分布对振荡光阈值、输出功率和斜效率等参量的影响。研究表明:晶体中心与边界处的温度有很大的差别,该差别可引起泵浦端面的热形变,泵浦光功率、束腰半径对热透镜效应有直接的影响;激光晶体热效应、像散效应对谐振腔稳定性、振荡光束腰半径和光束质量有不同程度的影响,从模拟结果来看,激光晶体热效应导致谐振腔稳区减小、倍频效率下降,像散效应导致光束质量下降;泵浦光的半径大小、位置和对称性对于激光器系统的输出性能有非常显著的影响,从模拟结果看,阈值泵浦功率随着泵浦光束腰半径的增大而增大,斜效率随着泵浦光束腰半径的增大而减小,泵浦光束形状越接近圆形,阈值越低,输出功率越大,斜效率越高,并存在最佳的泵浦光束腰位置。  利用四能级激光系统的速率方程,建立了对系统的三个重要参数(Nd:YVO4和KTP晶体长度、输出镜透过率T)同时进行优化的模型,运用MATLAB编程软件,得出了优化结果。连续工作方式下,当泵浦功率为0-0.5W时,激光晶体的最佳长度是2-4mm,倍频晶体的最佳长度是8-10mm,最佳输出镜透过率为2-3%。将数值模拟的系统工作特性与实验结果进行了对比,拟合较好。
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