透明陶瓷多边形有源反射镜激光技术研究

Transparent ceramics have attracted great interests recently for their favorable advantages over traditional single crystals, such as large size, high concentration, low cost, easy fabrication as well as flexible geometry. Therefore, it's significant for the development of high-power, high-frequency and narrow-pulse width laser to investigate new laser geometry using the superior properties of transparent ceramics。.This project will develop a multi-chip active mirror with monolithic transparent ceramic Laser geometry using the advantages of the high doping, complex functional structures of transparent ceramics. In the structure, the gain medium layers are distributed in specific position in undoped substrate. Laser injected through the incident window into transparent ceramics, and total internal reflection occurs in different internal surfaces, and meanwhile the injected laser was amplified on the gain layer. This geometry has high energy-storage, good thermal performance and steady mechanical structure, which can be used to achieve high-power and high-beam quality laser output..The investigation of multi-chip active mirror with monolithic transparent ceramic laser will promote the development of strategic advanced electronic materials and it has broad application prospects in the fields of advanced manufacturing, laser medical treatment, laser communication and national defense.

透明陶瓷是新一代固体激光材料，具有尺寸大、掺杂浓度高、功能结构等突出优点。因此充分利用激光陶瓷优良特性，发展一种散热能力强、结构紧凑的新型激光技术，对高功率、高频率、窄脉宽激光的发展具有重要意义。.本课题利用透明激光陶瓷上述突出优点，研究探索一种基于透明陶瓷的多边形有源反射镜激光技术，提出一种多边形多薄片增益结构，开展理论与实验研究，解决传统晶体薄片激光器难以实现高掺杂浓度、结构复杂等问题。在该结构中，薄片增益介质层分布在无掺杂多边形基质的侧面，激光通过入射窗口进入透明陶瓷内，在不同薄片介质层上发生全内反射同时获得增益，实现激光放大。这种分区薄片结构的多边形有源反射镜激光技术通光截面大、散热快，能够实现高功率高光束质量激光输出。.发展基于透明陶瓷的多边形有源反射镜激光技术，将推动战略性现金电子材料发展，对材料科学的发展具有重要意义，在先进制造、激光医疗、激光通信、国防领域有广泛的应用前景。

透明激光陶瓷具有尺寸大、掺杂浓度高、可实现功能结构等优点。本项目利用透明激光陶瓷的优点，提出一种基于透明陶瓷多边形有源镜增益结构，探索新型激光介质构型，力求解决传统晶体薄片激光器泵浦结构复杂等问题。在该结构中，薄片增益介质层分布在无掺杂多边形基质的侧面，激光通过入射窗口进入透明陶瓷内，在不同薄片介质层上发生全内反射同时获得增益，实现激光放大。这种分区薄片结构的多边形有源反射镜激光技术通光截面大、散热快，有望解决复杂泵浦结构与输出功率之间的平衡。.本项目主要研究多边形有源反射镜激光器的构型设计、晶体制备、多边形有源镜泵浦结构设计、振荡激光输出、调Q输出和激光放大等内容。利用多边形有源反射镜激光结构，开展了无主动冷却条件下的激光输出特性。在自由运转振荡模式下，在2.3W的吸收功率泵浦获得最高输出功率为1.03W的1064nm激光输出，斜效率为55.8%，光光效率为45.0%（相对于吸收泵浦功率），光束质量M2≤1.21。利用声光主动调Q，实现了最高连续输出功率0.932W。对应的斜效率为39.0%，光光效率为29.9%。在不同泵浦能量和腔镜配置下，脉冲宽度可实现125ns~1000ns之间调节。利用Cr:YAG 可饱和吸收体开展被动调Q实验，得到了最大平均功率639mW 的纳秒脉冲激光输出。重复频率在1~18kHz之间，激光脉冲宽度可在80ns~240ns间断变化。利用多边形开展了激光放大实验研究，实现了1.6倍的纳秒激光放大和1.3倍的皮秒激光放大。.通过本项目研究可知，多边形有源反射镜激光技术可行，在无主动冷却条件下，可实现激光振荡、主被动调Q和放大激光输出。该结构在轻小型无水冷却环境下测距激光器方面具有一定应用前景。