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高光束质量高功率大谐振腔技术研究

2013-12-10 00:04
林契于宸
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  本文在对泵浦系统和谐振腔优化设计的基础上,实现较高功率水平的激光输出,平均光束质量为5.84倍衍射极限。

  泵浦耦合

  优化后的泵浦耦合系统如图1所示,首先使用微透镜阵列将二极管叠阵快轴发散光准直成平行光束,采用快轴柱透镜将快轴方向上进行压缩,再使用慢轴柱透镜将光束进一步压缩,将压缩后光斑通过波导均化实现对激光介质的外切口径均匀泵浦。图2为经过优化设计后的泵浦系统泵浦光均匀加载到晶体时的荧光分布图,荧光分布比较均匀,均匀性为94%。

  谐振腔优化设计

  激光器要想再高功率水平上实现高光束质量输出,采用虚拟共焦稳腔是一个合理的选择。研究中针对激光器动态热效应带来的动态热聚焦现象,利用非稳腔理论分析模型数值模拟了不同腔参数下激光器的输出功率及光束质量变化情况,对于给定的激光增益参数,输出功率随非稳腔放大率增大而减小,光束质量随非稳腔放大率增大而提高。图3、图4为不同放大率下光束质量和光光效率随时间的变化曲线。

  虽然从理论上看放大倍率越大越有利于激光器模式的控制,但放大倍率越大则谐振腔的损耗也会越大,这意味着未来保证激光器大于万瓦的激光输出所需的泵浦功率越高,由此带来热效应的加剧弱化了放大倍率提高对光束质量的改善,在综合考虑放大倍率对光束质量及光光效率二者影响的基础上我们确定谐振腔的放大倍率为M=1.6,具体腔参数为腔长3.75m、凹镜曲率半径20m和凸镜曲率半径12.5m,模拟结果显示此时激光器的输出功率约为12kW,在初始时间内光束质量小于6倍衍射极限。

  实验结果

  开展了非稳腔的功率定标放大实验研究,脉宽为300μs,重复频率500Hz,此时占空比为15%,测量得到较高功率水平的激光输出,平均光束质量为5.84倍衍射极限。激光器在热容模式下工作,随者工作时间的增加,热透镜效应越来越严重,会总成激光器输出效率降低,光束质量恶化。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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