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成都信息工程大学本科毕业论文

成都信息工程大学

学位论文

二极管泵浦激光器谐振腔技术及输出模式特性分析

论文作者姓名：

XXX

申请学位专业：

XXXX

申请学位类别：

工学学士

指导教师姓名（职称）：

XXX（工程师）

论文提交日期：

XXXX年XX月XX日

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二极管泵浦激光器谐振腔技术及输出模式特性分析

摘要

随着大功率激光二极管（LD）生产工艺的成熟和制造成本的下降，激光二极管泵浦固体激光器（DPSSL）得到了越来越广泛的应用。本文介绍了全固态激光器的工作原理及基本结构，如光泵浦系统、增益介质和谐振腔。全固态激光器中不可避免存在热效应，它是影响输出光功率的重要因素。在介绍谐振腔设计基本原理的基础上，详细分析了基模动态稳定腔以及双棒串接腔，有效地减小热效应。进一步对谐振腔内的模式进行理论分析，以菲涅尔-基尔霍夫衍射积分为理论基础，运用Fox-Li数值迭代法，编写数值计算程序模拟了不同形式平行平面腔内本征模式分布，以及腔镜倾斜扰动对模式分布的影响，并从中得出相关的研究结论。

关键词：激光技术；全固态激光器；谐振腔；Fox-Li迭代法；模式特性

目录

TOC\o1-3\h\u322911.引言 3

112832.全固态激光器的光泵浦系统及热效应分析 5

279342.1.全固态激光器的概述 5

73242.1.1.全固态激光器的基本结构 5

319262.1.2.全固态激光器的增益介质 6

320942.2.激光二极管泵浦方式 7

47242.2.1.端面泵浦 7

246272.2.2.侧面泵浦 8

64912.3.全固态激光器中热效应分析 8

272362.3.1.热效应的理论研究 9

58162.3.2.热效应的补偿措施 10

134743.全固态激光器的谐振腔技术 11

119423.1.热透镜效应的传输矩阵理论分析 11

204823.2.全固态激光器常用谐振腔 11

239773.2.1.基模动态稳定腔的基本原理 12

163083.2.2.多棒串接腔的基本原理 14

6143结论 15

引言

自1960年，美国科学家T.H.Maiman用脉冲氙灯激励红宝石晶体，获得了694.3nm的激光输出以来，由于激光具有好的单色性、相干性、方向性及高亮度，各类激光器及激光技术发展极为迅速，激光技术已经对国民经济、国防建设、科学技术产生了深远影响。

其中，由于固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑、便于光纤耦合、使用寿命长和单元技术成熟等优点，所以它的发展尤为突出。但是固体激光器转化效率低，热效应严重等不足，使输出功率和光束质量得不到明显提高，大大限制了其发展，致使20世纪70年代固体激光器发展日趋缓慢。

20世纪80年代，针对传统固体激光器的不足，放弃了常规惰性气体放电灯泵浦方式，采用与固体激光介质的吸收峰相匹配的激光二极管（简称LD）泵浦方式，使固体激光器的效率大大提高，从而达到减少热效应，改善光束质量及提高稳定性的目的，这类激光器被称为激光二极管泵浦的固体激光器（LaserDiodePumpSolid-StateLaser,简称LDPSSL或DPL），亦称全固态激光器（AllSolid-StateLaser）。与传统的灯泵固体激光器比较而言，DPL具有效率高、热效应小、器件结构紧凑、输出功率高和光束质量高、寿命长等特点。目前，DPL经走向实用化，在光通信、军事、医疗、航天航空、国防、激光加工及科研等领域中逐渐出现大规模应用的趋势。

激光二极管泵浦的固体激光器的增益介质泵浦吸收谱线和已有大功率半导体激光器发射波长相匹配是构成DPL的必要条件。为了使波长准确匹配，往往要对激光二极管进行温控。目前，适用于这种激光器的固体增益介质有Nd:YAG，Nd:YVO4，Cr:LiSAF，Nd:YLF等。其增益介质形状一般有圆柱形、板条形等。LD泵浦主要采用端面泵浦和侧面泵浦两种泵浦形式[]。而这两种泵浦方式又可分别分为直接泵浦和光纤耦合泵浦两种方式。

全固态激光器的发展历史可以追溯到20世纪60年代。1962年第一只GaAs激光二极管的问世为DPL提供了物质条件，1963年，美国人R.Newman首次提出了用半导体作为固体激光器的泵浦源的构想[2]。1964年，美国MIT林肯实验室的R.J.Keyes和T.M.Quist展示了世界上第一台LD泵浦的固体激光器[3]，这台DPL以GaAs二极管为泵浦源，增益介质为CaF2:U3+，输出波长为2.631μm。但由于当时的LD必须