LD直接泵浦的多边形Nd:YAG有源反射镜激光技术研究

The high-average-power diode-pumped solid-state laser (DPSSL), as one of the major national strategic forefront technologies, plays an important role in various fields like precise detection, advanced manufacturing, space, military, fusion research, etc. Under high-power pumping, the gain medium consisted of conventional rods or plates are not conductive to the effective removal of heat. And the thermal effect leads to the deterioration of the laser beam quality and therefore further limits the increase of the output power..The relevant research will be conducted on the polygonal-thin-disk active-mirror laser technology of low thermal effect, aiming at the new pumping mechanism with the diode-side-pumped ZigZag thin-disk gain medium, considering the characteristics of low-loss quantum, low heat production and long transmission distance in direct pumping, to solve the key scientific problems between energy storage uniformity and heat effect. Researches will also be carried out on the laser optical structure, pumping and cooling structure as well as the relevant multilateral active mirror laser oscillation and magnified structure to ensure the increase of the output power of the all-solid-state pulsed laser under the premise of the guarantee of the high beam quality..To develop the polygonal-active-mirror laser technology based on direct pumping will offer more scope for the actual application of the high-average power solid-state pulsed lasers, which will also lay a good basis for its future development.

高平均功率全固态脉冲激光器是国家重大战略发展前沿技术之一，在精密探测、先进制造、空间、军事和聚变研究等领域具有重大应用。在高功率泵浦条件下，增益介质常规棒状和板条结构不利于有效地去除余热。热效应导致光束质量劣化，限制了输出功率的进一步提升。.本课题将研究低热效应的多边形薄片有源反射镜激光技术，瞄准新型泵浦机制，采用透镜导光管耦合二极管面阵发出的泵浦光，侧面ZigZag泵浦薄片介质，结合直接泵浦量子亏损低、产热低，传输距离长的特性，解决储能均匀性与热效应相互制约等关键科学问题。放大器构型雏形申请专利已获授权，基于此多边有源反射镜激光器开展光学结构优化、泵浦和冷却结构设计、以及激光振荡和放大特性研究，保证高光束质量的同时提高全固态脉冲激光器的输出功率。.研究基于直接泵浦的新型多边形有源反射镜激光技术，将开拓高平均功率全固态脉冲激光器更广泛的应用前景，为高平均功率全固态脉冲激光发展奠定基础。

高平均功率全固态脉冲激光器作为国家重大战略发展的前沿技术之一，在精密探测、先进制造、空间、军事和聚变研究等领域具有重大应用。在高功率泵浦条件下，激光增益介质常规棒状和板条结构不利于有效地去除余热。热效应导致激光光束质量劣化，限制了输出功率的进一步提升。.本课题研究低热效应的五边形薄片Nd:YAG有源反射镜激光技术，采用激光二极管面阵侧面ZigZag泵浦五边形薄片增益介质，结合直接泵浦量子亏损低、产热低、传输距离长的特性，有效解决储能均匀性和热效应等关键科学问题。通过对五边形薄片有源反射镜的优化设计，增益介质内泵浦光吸收效率优于88%，储能呈近平顶分布，泵浦光吸收分布均匀性RMS优于4%。根据五边形薄片增益结构的泵浦吸收与产热之间的关系，借助有限元热分析软件，模拟泵浦作用下介质中的温度分布，计算温度梯度引入的热应力、热退偏和热致波前差等热效应，通过实验验证增益介质的荧光分布和温度分布的计算结果。基于该五边形薄片有源反射镜的激光振荡器中，在泵浦重复频率100 Hz，脉冲能量2.2 J条件下，获得0.85 J的激光输出，光-光效率38.6%，斜效率40.1%，稳腔下测得激光衍射极限倍数β约为10。采用泵浦波长885 nm泵浦五边形薄片增益介质，在泵浦脉冲能量2 J，重复频率100 Hz条件下获得0.44 J的激光输出，斜率效率23.64%。在基于该五边形有源反射镜的激光放大器中，在泵浦能量1.25 J，重复频率100 Hz下，测得放大器双程小信号增益倍数为1.26，6程小信号增益倍数为2，测得6程放大后的激光光束质量为 。当平均泵浦功率为165 W时Nd:YAG薄片晶体的热致波前畸变约为0.14λ。.侧面折返泵浦的多边形薄片增益介质具有较小的热效应。有利于在高光束质量的前提下提高全固态激光器的输出功率水平。