LD泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响研究

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1、学号：S15010073XLDXX孙笠馨泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响硕士学位论文研究LD泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响研究研究生姓名：姚强强学科、专业：电子科学与技术姚强强二○一八年四月分类号：密级：可公开UDC：编号：LD泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响研究STUDYONTHEEFFECTOFSPHERICALABERRATIONOFLDPUMPEDLASERLENSONTHEQUALITYOFLASERBEAM学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：电子科学与技术（080900）研究方向

2、：半导体激光器物理与技术申请学位级别：硕士指导教师：金光勇研究员研究生：姚强强论文起止时间：2015.09—2018.03摘要激光器光束质量的提高始终是固体激光器研究领域的重要课题之一。本文基于Nd:YVO4晶体的热透镜效应，对主振荡功率放大结构中球差进行累加补偿，以简单可靠的方式实现了光束质量的优化。研究主要包括以下内容：从稳态热传导方程出发，通过建立符合实验条件的晶体边界热交换条件，结合COMSOL有限元分析软件，仿真出了晶体的温度分布；之后通过公式计算得到了工作状态下晶体光程差分布；再通过广义逆矩阵对Zernike多项式表示的光

3、程差进行计算，进而得到了晶体中热透镜球差的分布。同时对模型进行薄片处理，验证了球差的累加性。2以光束质量因子M的角度进行研究，结合赛德尔初级相差理论，整理出了22球差与光束质量因子M的关系，并且仿真出了光束质量因子M随球差的变化；同时在实验中使用哈特曼波前传感器测量了输出激光的波前状态，得到了波前相位畸变的Zernike多项式分布，以及实验条件下球差畸变的大小，测量结果与仿真结果完全相符。对本振级的光束质量和相位分布进行了实验测量。基于前面的实验结果和分析，搭建了单极单程放大结构来补偿功率放大过程中的光束质量恶化。通过将特定位置的相位

4、成像到放大晶体中，来调整放大级晶体的泵浦功率，进而改变放大级晶体的球差大小，使得本振级和放大级两块晶体的球差累加补偿，在本振级输M2，M22.03，出功率9.2W、放大级无泵浦功率时，总的输出光光束质量为x2.10y此时的球差系数为-0.29λ；随着放大级的泵浦功率增加，总的输出功率为10.54W，M2，M21.39，此时球差系数为-0.02λ（几乎为此时光束质量得到优化为x1.54y零）；随着泵浦功率的继续增加，总的输出功率为11.3W，光束质量出现过度补M2，M23.91，此时的球差系数为0.39λ。在这种补偿，光束质

5、量恶化为x2.86y偿结构的基础上添加了一个对比实验，结果证明这种结构在提高功率的同时可有效的补偿光束质量。关键词：光束质量球差MOPA结构Zernike多项式IABSTRACTImprovingthebeamqualityofthelaseroutputbeamisanimportantissueintheresearchofthesolidstatelasers.BasedonthethermallenseffectofNd:YVO4crystal,thesphericalaberrationisaddedtocompensate

6、forthesphericalaberrationinthemainoscillatorpoweramplifyingstructure,andthebeamqualityisoptimizedinasimpleandreliableway.Theresearchmainlyincludesthefollowing:Fromthestaticheatconductionequation,combinedwiththefiniteelementanalysissoftwareCOMSOLtosimulatethetemperatured

7、istributionofthecrystalthroughthecrystalboundaryheataccordswiththeexperimentalconditionstheconversionconditions.Andthengettheworkingstateofthecrystaldistributionofopticalpathdifferencecalculatedbytheformula,thegeneralizedinversematrixofZernikeopticalpathdifferencepolyno

8、mialcalculation,obtainedthedistributionofcrystalthermallensaberration.Themodelisalsotreatedwiththinslice,which