【摘 要】
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1.9μm波段激光处于人眼安全范围,并且处于大气窗口,对大气有较高的透过率,在激光遥感、医疗卫生、军事领域有着重要的应用。单掺Tm全固态激光器是目前实现1.9μm激光的主要技术手段之一。本文针对普通端面泵浦结构带来的热不平衡问题,提出端侧面混合泵浦结构,实现高功率Tm:YLF 1.9μm激光输出,具体研究工作从理论和实验研究两方面展开:理论方面,首先通过研究分析Tm:YLF激光增益介质的热传导率、
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1.9μm波段激光处于人眼安全范围,并且处于大气窗口,对大气有较高的透过率,在激光遥感、医疗卫生、军事领域有着重要的应用。单掺Tm全固态激光器是目前实现1.9μm激光的主要技术手段之一。本文针对普通端面泵浦结构带来的热不平衡问题,提出端侧面混合泵浦结构,实现高功率Tm:YLF 1.9μm激光输出,具体研究工作从理论和实验研究两方面展开:理论方面,首先通过研究分析Tm:YLF激光增益介质的热传导率、热膨胀系数、折射率等物化特性,建立基于准三能级结构的Tm:YLF速率方程运转模型,深入分析泵浦光斑、晶体尺寸和掺杂浓度、输出镜透过率对Tm激光系统输出特性的影响。进一步基于端面-侧面混合泵浦结构,确定晶体内部热源函数,建立不同泵浦结构下Tm:YLF激光晶体热应力分布模型,分析模拟端面泵浦、混合泵浦结构下不同泵浦光斑尺寸、泵浦功率以及端侧面功率匹配条件对晶体热应力分析的影响。最终选取泵浦光斑为5×1mm2,端侧面功率匹配为等比例,输出镜透过率为T=40%的激光系统优化参数。实验方面,首先对阵列泵浦进行聚焦耦合优化设计,实现对泵浦光快慢轴光斑尺寸的优化调节。同时,基于光学传递矩阵对Tm:YLF激光谐振腔结构进行了优化设计。由此开展高功率Tm:YLF激光实验研究,在端面泵浦结构下,泵浦光斑尺寸为5×1mm2,吸收泵浦功率为232.1W,获得53.1W激光输出,再此基础上加入侧面泵浦结构,当侧面泵浦光斑尺寸为10×1mm2,端面泵浦功率212.2W,侧面泵浦功率为62.1W,获得55.7W激光输出,对应的斜率效率为16.3%。同时在端侧面泵浦结构中加入体光栅控制激光输出波长,最终抑制1880nm波段输出,获得了线宽为0.32nm的1907.3nm波段激光输出。最后对端侧面混合泵浦Tm:YLF板条激光输出光束质量进行测量,其快轴和慢轴的光束质量My2和Mx2分别为1.45和53.67。
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