新型光學(xué)諧振器和熱透鏡效應(yīng)

概要

激光諧振腔支持穩(wěn)定的振蕩的最大功率范圍主要是由活性介質(zhì)（熱）材料常數(shù)和冷卻方法所決定。通過控制穩(wěn)定的基本模式操作的功率范圍，可以轉(zhuǎn)移到更高的能量，具有特殊的腔設(shè)計和腔內(nèi)光學(xué)但穩(wěn)定范圍的寬度不會受到影響。此外，在泵的活性介質(zhì)強(qiáng)度增加也加劇了非球面元件的熱誘導(dǎo)的扭曲。因此，開發(fā)新穎的諧振器時，分析這些熱效應(yīng)具有重大意義。

我們目前對熱誘導(dǎo)的扭曲，一種新型的多棒激光腔，變量配置的諧振器（VCR）進(jìn)行分析。對熱效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和實驗的研究。我們目前對各種抽水和冷卻方案進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)復(fù)合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷卻。VCR被開發(fā)調(diào)控基本模式激光器的功率范圍。由于其能力作為法布里 - 珀羅諧振器，它克服了穩(wěn)定性與傳統(tǒng)的多棒諧振器相關(guān)的問題，并允許一個新的Q開關(guān)技術(shù)作為一種環(huán)形腔運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：固態(tài)激光器；二極管泵浦激光器；光學(xué)諧振器；熱透鏡效應(yīng)；熱致雙折射

1.介紹

二極管泵浦固態(tài)激光器，有著廣泛的工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用。二極管激光器價格的不斷下降，應(yīng)用正在擴(kuò)展到高功率范圍。此外，泵浦方式的改善使二極管激光輻射高效和緊聚焦到激光材料。由于大量吸收功率，這將導(dǎo)致強(qiáng)烈的局部加熱。因此，在固態(tài)激光材料的熱效應(yīng)已經(jīng)獲得了相當(dāng)高功率，半導(dǎo)體激光泵浦全固態(tài)激光器作為一個發(fā)展中的關(guān)鍵問題的重要性被提高。

選中激光材料后，熱效應(yīng)只與冷卻的方法有關(guān)，然后必須采用適當(dāng)?shù)闹C振器設(shè)計。我們在下面的實驗和數(shù)值調(diào)查報告二極管激光的熱效應(yīng)泵浦全固態(tài)激光器和特殊的光學(xué)諧振器的發(fā)展。熱透鏡效應(yīng)和應(yīng)力引起的雙折射用于比較四種不同的冷卻技術(shù)。完全驗證的數(shù)值有限元（FE）代碼，它也適用于區(qū)分不同的熱透鏡效應(yīng)的貢獻(xiàn) - 比如彎曲的表面和折射率變化與溫度和應(yīng)力性曲折分析高功率激光器的功率調(diào)整的極限。進(jìn)一步的功率調(diào)節(jié)功能則需要使用更長的側(cè)面泵浦激光棒多棒諧振器的使用。多棒諧振器特別適合規(guī)模在幾十瓦的順序輸出功率，高光束質(zhì)量的激光器的輸出功率。在這種情況下，熱扭曲分發(fā)到幾個激光棒，在同一個腔泵的功率降低。我們報告一個獨(dú)特的激光諧振腔，變量配置的諧振器（VCR），他具有反向泵浦多棒諧振器的可調(diào)性。特別是錄像機(jī)的穩(wěn)定性能與傳統(tǒng)的多棒的法布里 - 珀羅諧振解決了嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題，并允許一個新的Q開關(guān)技術(shù)。在下面的章節(jié)中，我們將首先考慮球面鏡片的近似熱引起的扭曲，并討論TEM0模式激光器的規(guī)定下能量的限制。

我們對不同的激光棒的冷卻方法進(jìn)行了比較。熱致雙折射所造成的損失在短期內(nèi)第3節(jié)中討論。

2.近似球面透鏡端面泵浦Nd：YAG激光器不同冷卻方案

數(shù)值模擬比較采用熱致端面泵浦Nd束扭曲：YAG激光棒圖1所示為不同的冷卻方法。首先FE代碼SESES的數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行比較驗證，然后比較采用不同的冷卻技術(shù)，在相同條件下的有限元模擬。熱誘導(dǎo)的平均鏡頭電源限制在本節(jié)結(jié)束討論。

圖1.受調(diào)查的四個不同的冷卻方法的計劃，a）“非致冷”：銦箔包裹的激光棒安裝在水冷銅散熱器，泵的表面未被致冷  b）“水冷”：圓柱面和泵浦的激光棒的表面與水直接冷卻C）“藍(lán)寶石板冷卻”：藍(lán)寶石板壓住泵桿面，桿和部分藍(lán)寶石板進(jìn)行水冷卻d）“復(fù)合棒”：激光棒的兩端未摻雜。棒是用水冷卻的邊緣。

6.結(jié)論

隨著可以傳遞到激光介質(zhì)的泵浦功率不斷增加，熱引起的扭曲和新型諧振器的發(fā)展概念，其中包括諧振器的結(jié)構(gòu)，泵浦方式和冷卻方法的詳細(xì)分析 - 越來越重要的。在這里，我們已經(jīng)討論了不同的冷卻方式的熱效應(yīng)的數(shù)值模擬的幫助。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合棒，大多數(shù)的實際情況提供最佳的端面泵浦激光器的性能。一種新型的具有獨(dú)特的穩(wěn)定性能和高功率激光器高光束質(zhì)量的一個新的抽水方案的諧振器的概念已經(jīng)提出。非球面元件的熱扭曲，在更高的功率也應(yīng)占。這很可能會涉及使用腔內(nèi)相位板或分級，與具有自適應(yīng)能力的理論相結(jié)合。

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