论文部分内容阅读
为了获得较高的输出功率和脉冲能量，放大器通常具有较大的口径和较高的增益。放大器的大口径和高增益会带来严重的自发辐射放大(ASE)。ASE会消耗较多的储能，引起增益介质内储能再分布，不但会降低增益介质储能密度和系统效率，还会使介质储能分布不均匀。当主激光通过增益介质放大时，增益将会减小，增益均匀性将会受到破坏。因此，对高功率固体激光放大器的ASE特性及其抑制方法进行研究是十分必要的。 本文首先建立增益介质的泵浦储能模型，讨论了ASE对增益介质储能的影响，然后对几种ASE抑制方法进行了探索。主要内容包括以下几个方面: 1:根据Yb离子泵浦动力学模型和增益介质中的传输放大理论，本文建立了基于Yb:YAG晶体的泵浦储能模型。根据该泵浦储能模型模拟分析了ASE对储能效率和储能不均度的影响。分析表明，储能效率随增益长度积的增长不断下降，当增益长度积大于3.5时介质储能不均度由平缓变化变为随增益长度积较快上升。当增益长度积达到3.5时，ASE较为强烈。浓度厚度积不同时，储能效率和储能不均度随增益长度积的变化会有所不同。 2:提出了一种抑制ASE的方法——泄露法。针对圆盘状和板条状增益介质，本文给出了泄露法的设计图。利用光线追迹原理，本文建立了光线在单个棱角中的传播模型，基于该模型分析了不同条件下光线通过单个棱角后的剩余反射率。结合光线在棱角中的传播模型和增益介质泵浦储能模型，本文建立了使用泄露法的增益介质的泵浦储能模型，基于该模型分析了不同的棱角化处理增益介质侧边的方式对ASE的抑制效果。通过测量单程增益，实验验证了泄露法对ASE的抑制作用。 3:探讨了使用间隔掺杂介质抑制ASE的方法。分析表明分隔块数越多对ASE的抑制效果越好。泵浦功率密度和泵浦光斑尺寸越大，使用分割法对平均储能密度的提高越有效果。设计了一种防止增益不均匀的间隔掺杂方式。 4:研究了利用非均匀泵浦改善储能均匀性的效果。对于一种具有低增益长度积的放大器设计了使得储能均匀分布的非均匀分布泵浦场。通过对均匀泵浦场和不同非均匀泵浦场对储能均匀性的影响的分析表明，均匀的泵浦并不能获得均匀的储能分布，一定范围内的非均匀泵浦场能够改善储能均匀性，特定的非均匀分布泵浦可以获得较为均匀的储能分布。分析了上述的非均匀泵浦场对增益介质温度分布的影响，分析表明温度梯度和整体温度都有所下降，有助于热管理。