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LD光纤耦合输出环形光束径向泵浦复合Yb:YAG陶瓷碟片激光技术研究

批准号:
62075222
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈艳中
学科分类:
激光
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈艳中

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
超短超快激光处于许多技术突破和科学发现的最前沿,技术的进步促使先进材料加工、THz/XUV/DUV光源产生、超时间分辨、强场物理等跨学科领域中不断打开大门,使基础研究领域获得不少重要科学发现。碟片激光技术正是提升超短超快激光功率的核心技术之一。传统碟片激光器采用复杂的多程泵浦技术提高泵浦效率,导致激光器的泵浦结构复杂、装调难度大、维护成本高。本项目提出一种环形光束径向泵浦碟片激光技术,通过锥形镜将半导体光纤耦合输出后的准直光变换为空心环形光束,通过聚焦场镜在焦平面附近获得环形细光束,折转后从圆形碟片的四周沿半径向中心泵浦。该方案具有泵浦结构简单维护方便等优点,有望解决现有碟片激光器中泵浦结构复杂、装调难度大等问题。开展环形光束径向泵浦碟片激光技术研究,探索泵浦光场与激光增益特性多维度耦合规律,发展新体制碟片激光技术,可为新一代高功率超短超快激光技术发展奠定基础。
英文摘要
Ultra-short & ultra-fast lasers continue to be at the forefront of many scientific breakthroughs and technological achievements and progress in the performance of these systems continue to open doors in many new and exciting interdisciplinary fields such as advanced material-processing, THz/XUV/DUV lasers, ultra-time-resolved measurement and intense-fields physics. Among the different technologies that have shaped these advances, thin-disk lasers have generated particularly spectacular breakthroughs. Traditional disk lasers use complex multi-pass pumping technology to improve pumping efficiency, resulting in complex pump structures, difficult installation and adjustment, and high maintenance costs..This project proposes a ring-shape beam radial pumped disk laser technology. The collimated beam of a fiber coupled laser diodes is shaped into a ring-shape beam by a cone lens. The narrow ring-shape beam is obtained near the focal plane through the focusing of a field lens. The beam converges towards the center after reflection on the bevel of the disk. This solution has the advantages of simpler pump structure and easier maintenance. It is expected to solve the problems mentioned above in the traditional disk lasers. The research of this technology is of great significance for the development of a new generation of high-power ultra-short ultra-fast lasers.
碟片激光技术在工业生产、军事国防和科学研究等领域具有重要应用。目前碟片激光技术主要有两种技术路线。一种是多程泵浦技术,该技术通过增加泵浦程数可以实现高效率泵浦,但同时也存在泵浦结构复杂、调试困难等问题。另一种是侧面泵浦技术,该技术将泵浦激光二极管排布在碟片周围,实现了较长的吸收路径,但是碟片周围能排布的二极管数量有限,碟片模块的封装和维护具有一定难度。本文提出一种环形光束径向泵浦碟片激光技术,锥形镜将半导体光纤耦合输出后的泵浦光变换为空心环形光束,通过聚焦透镜在焦平面附近获得环形细光束,反射后沿圆形碟片四周向中心泵浦。该技术采用成熟的商业光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源,具有结构简单、调试维护方便等优点。.基于环形光束基础理论,通过仿真软件研究了环形光束外环直径与锥形镜锥角、聚焦透镜焦距、像面距离以及锥形镜与聚焦透镜之间距离等参数的变化关系,分析了环形光束的线径与光纤芯径、光纤数值孔径和聚焦透镜焦距之间的变化关系。研究了增益介质的直径和掺杂浓度对增益介质内部泵浦光分布的影响。借助有限元热分析软件,分析了不同泵浦功率和不同材料的热沉对增益介质温度的影响。研制了环形光束径向泵浦碟片激光器原理样机,研究了激光器的输出特性。在泵浦功率为578W时,获得了175W的激光输出,光光转换效率为30.3%。基于研制的碟片模块,开展了皮秒锁模、再生放大和行波放大实验研究,再生放大获得5000倍的增益,行波放大单程增益倍数可达1.76倍。.实验结果验证了环形光束径向泵浦碟片方案的可行性,通过优化晶体结构和提高泵浦功率密度,未来可用于千瓦焦耳级超短超快脉冲激光放大系统。通过改变晶体材料,也可以拓展应用在其它波长的短脉冲激光放大。
透明陶瓷多边形有源反射镜激光技术研究
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