论文部分内容阅读
近年来,激光二极管泵浦全固态激光器(DPSSL)在空间的应用研究取得了长足的进步。随着空间激光雷达的不断发展,对激光器的输出技术指标的需求也随之不断提高。因此,探索高效率,相对低的热效应的传导冷却ZigZag板条激光器得到了高度关注。与传统的棒状结构相比,可获取更好的光束质量和更高的平均输出功率。传导冷却激光二极管泵浦的Zigzag板条激光器逐步成为空间高功率激光器的一个发展趋势。面向空间应用的全固态激光器在国外已有相应的研究和报道,但在国内对这种技术的研究甚少。针对目前这种现状,本文研究了面向空间应用的传导冷却全固态板条激光器的相关理论,热效应和实验工作,重点开展了如下几个部分的研究工作:
1)理论上分析了Zigzag板条的温度、应力和热效应问题。以往求解速率方程时板条通常被认为是均匀发热的,即忽略了板条中热源的分布特性。但实际上,热源在板条内是有一定分布的,在高功率板条激光器中,这种分布更加明显。建立热效应分析模型,从热效应理论基础出发,就适合板条激光介质泵浦源的两种泵浦安排和三种常见的泵浦几何结构进行详细的理论分析,分析比较激光介质的热特性以及对激光束热效应的影响,最终选择出较优越的泵浦冷却结构,为传导冷却板条激光振荡器的设计提供参考依据。
2)分别采用辅助透镜法、剪切干涉仪和马赫干涉仪法在不同的泵浦电流和脉冲重复率下测量激光板条的热光畸变。验证激光介质热效应的数值模拟结果。以便进一步的热补偿工作,同时又可反过来促进激光器的优化设计。
3)进行了传导冷却条件下激光振荡器设计和实验,实验内容包括自己研制的泵浦源特性测量、激光振荡器空腔效率、以及进行了在平平腔和非稳定谐振腔下的调Q实验,得到了单脉冲能量大于100mJ、脉宽小于10ns的近衍射极限光束质量的脉冲激光输出,在非稳腔下光束质量达到M2=1.4。
4)进行了板条激光放大器设计和实验,模拟了激光放大器的输入输出关系和小信号增益系数。比较了不同的放大器输出特性,理论表明基于偏振方式的两级放大可获得较高的提取效率和光束质量。
5)对该激光器中关键的结构参数进行优化,并研制出了一套以主振荡功率放大输出的Nd:YAG调Q脉冲激光器,输出能量>300mJ,工作频率20Hz,脉冲宽度10ns。
本文的研究工作为课题组正在开展空间激光器的研制,提供了必要的依据和参考。