基于达曼点阵泵浦的连续和被动调Q输出Nd:YVO4激光器研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王峥 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2014 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 李建郎 |
| 关键词 | 点阵激光器 固体激光器 达曼光栅 相位锁定 被动调Q |
| 其他题名 | Dammann Array Pumped, Continuous-Wave and Passively Q-switched Nd:YVO4 Laser |
| 中文摘要 | 激光二极管(Laser diode, LD)泵浦的固体激光器(Diode-pumped solid state laser, DPSS)具有高效率、紧凑、稳定、长寿命和光束质量高等优点，已成为激光器件领域内的一个非常活跃的方向。在其中，多光束输出激光器由于具有提高效率的优势，在内燃机、打印机、光存储等方面有着重要的价值。产生多光束输出最直接的方法是利用来自LD 的泵浦光束泵浦激光晶体产生单一的高功率光束，然后经过分束元件分光形成多路光束。但在此情况下，激光晶体受到高强度泵浦光辐射会产生严重的热变形，从而增加了单块增益介质的损伤概率而且会导致光束质量退化。利用多个泵浦光源泵浦一个或多个激光晶体形成多路激光振荡也可以获得多光束的输出。虽然该方法能够降低晶体的热效应，但是增加了激光器的成本和结构的复杂性。因此，如何利用单一泵浦源泵浦单块激光晶体、在单一激光谐振腔内简单高效的产生多光束激光输出成为一个研究热点。其次，众所周知，达曼光栅是一种二元光学元件，可以将平行入射光线等强度分束从而经透镜傅里叶变换后在远场处生成等强度点阵。它不仅通过0、π相位的调制获得较高的衍射效率，而且易于实现批量复制和生产，制作成本低。 在本研究中，我们首次将达曼光栅点阵引入DPSS 系统，利用达曼光栅对泵浦光进行分束整形。在此基础上，分别实验和理论研究了2×2 达曼阵列泵浦的连续以及被动调Q 脉冲输出Nd:YVO4 激光器。 本论文的主要内容是： 第一章，简单介绍了DPSS 发展历程，然后介绍了多光束激光的应用范围及其优势，接着介绍了多光束激光产生的方法，最后概括的论述了本文的主要研究内容。 第二章，首先简单介绍了固体激光器中的热效应及其对激光器输出性能的影响，进一步通过数值计算模拟了单点泵浦和2×2 点阵泵浦Nd:YVO4 激光器时激光晶体内部温度的分布，以及其产生的光程差及相应的热透镜焦距，理论比较了单点泵浦和2×2 点阵泵浦结构下激光器输出特性的差异。 第三章，首次实验实现了基于达曼光栅阵列泵浦的2×2 点阵Nd:YVO4 激光器并获得连续输出。通过引入达曼光栅将来自808nm 二极管激光器的输出光转换为2×2 泵浦阵列，然后利用该阵列泵浦置于单个平-平腔中的单块Nd:YVO4 激光晶体，获得了2×2 阵列的连续激光的输出。在泵浦功率为6.22W 时，该激光器斜坡效率为18.4%，获得的四个光束的总功率为800mW。在此基础上我们进一步调节泵浦点阵之间的距离，实验中观察到所获得的阵列输出光束存在相位锁定现象，对比了d= 1.31mm和d= 1.26mm时获得的相干输出的激光性能和光斑图像，通过实验和理论解释了2×2 点阵激光束彼此之间的相位锁定现象。 第四章，实验研究了2×2 点阵输出的被动调Q Nd:YVO4 激光器，获得高峰值功率、短脉冲的2×2 阵列激光输出。通过达曼光栅对泵浦光分光后实现了2×2阵列泵浦，然后利用该阵列泵浦置于单个平-平腔中的单块Nd:YVO4 激光晶体，并在激光器腔内加入可饱和吸收晶体Cr4+:YAG 作为被动调Q 开关，得到2×2阵列脉冲激光的输出。当泵浦总功率为7.44W 时，获得了366mW 的总激光输出功率，且阵列中任意一个光束的光功率不均匀性低于4%，输出2×2 点阵脉冲的重复频率分别为278kHz、299kHz、284kHz、290kHz，脉宽相应的分别为155ns、160ns、175ns、170ns。 第五章，总结了本论文的研究内容。 关键词：点阵激光器；固体激光器；达曼光栅；相位锁定；被动调Q |
| 英文摘要 | The solid state laser pumped by Laser diode (LD) and Laser diode array (LDA) is characterized by its high efficiency, compact-sized, high stability, long life and better beam quality, thus its research has become a very hotspot direction in the field of laser. The advantage of efficiency improvement of the multi-beam laser is expected to lend to important potential application in many areas including internal combustion engine, printers, optical storage and etc. For these reasons, the way to generate the multi-beam laser has become a research hotspot. In this thesis, we described the theoretical and experimental study on 22 arrayed and passively Q-switched Nd:YVO4 Laser and phase locking coherence output laser. The layout of the dissertation is as follows: In the first chapter, we overviewed the background of the solid state laser pumped by LD and three main developing directions. Then we gave a summary on the methods to generate it as well as their potential application. Finally, we present our scheme to produce multi-beam laser. In chapter two, we make a brief introduction of the thermal effect and the way of eliminating thermal-lensing in solid-state laser, and established a theoretical model to describe the thermal effect and output properties. We use the ANSYS software to simulate the temperature distribution and optical path difference (OPD) of the laser crystal, and compare the results of the laser crystal bumped by single-point or multi-point. We use the MATLAB software to simulate the output properties and compare the results of the two pump structure. In chapter three, we report our first realization on a laser-diode end-pumped Nd:YVO4 crystal laser which emit four beams by the 22 arrayed pumping field with the Dammann grating. In the experiment, we finally obtain the 800mW output power and with 18.4% slope effiency at 6.22W pump power. Furthermore, the laser emit four pulse lasers where a piece of Cr4+:YAG crystal was employed as the saturable absorber.We achieve four TEM00-mode pulse light output with 278kHz、299kHz、284kHz、290KHz，155ns、160ns、175ns、170ns duration at 7.44-W pump power. In chapter four, we established a coherent theoretical model and obtain the beam interference image at different location. In the experiment, we demonstrate a 22 arrayed pumped Nd:YVO4 laser which emit phase locking coherence output. On this basis, through the adjustment of the distance of the pumping spots, we obtain the laser output performance and the interference image Then we study the coherence between four beams through covering part of the output beam. In chapter five, the summary of this dissertation is given. Key word: multi-beam laser, soild-state laser, Nd:YAG laser, Dammann grating, passively Q-switching, coherent laser |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/16857]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王峥. 基于达曼点阵泵浦的连续和被动调Q输出Nd:YVO4激光器研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2014. |
入库方式： OAI收割
来源：上海光学精密机械研究所
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