【摘 要】
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碟片激光器在高功率领域有着举足轻重的作用,虽然它有效减小了晶体的热透镜效应,但是热透镜效应对输出激光的模式及稳定依然有影响;另一方面,碟片晶体前方被加热的空气产生的热效应,随着注入功率的提高,对激光器的稳定性及光束质量会产生越来越严重的影响,成为高功率、高光束质量碟片激光器稳定性降低,光束质量变差的重要因素。因此研究空气热效应下系统失调不稳定性问题,对减小高功率碟片激光器的失调有着很重要的指导意义
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碟片激光器在高功率领域有着举足轻重的作用,虽然它有效减小了晶体的热透镜效应,但是热透镜效应对输出激光的模式及稳定依然有影响;另一方面,碟片晶体前方被加热的空气产生的热效应,随着注入功率的提高,对激光器的稳定性及光束质量会产生越来越严重的影响,成为高功率、高光束质量碟片激光器稳定性降低,光束质量变差的重要因素。因此研究空气热效应下系统失调不稳定性问题,对减小高功率碟片激光器的失调有着很重要的指导意义。首先,本文从理论上分析了空气热效应产生的原因,由此建立空气三维模型,利用热力学和流体力学的相关理论在comsol软件中进行了仿真,得到空气的三维温度分布,并将温度分布转化为折射率分布以及光程差,最后用Zernike多项式拟合得到空气热效应对入射光的作用可分为两种:一是可以等效为凹透镜的作用,称之为空气透镜效应,二是对入射光主要在竖直方向上产生偏折,称之为空气楔效应。同时提出通过加大竖直方向气体的流速或者将空气换为传热速度更快的气体如氦气的方式,可以降低空气热效应。这为降低空气热效应提供了理论支撑,在实验中有着重要的指导意义。其次,采用谐振腔分析理论,对空气热效应影响下碟片激光器的失调不稳定性进行分析,定义了与谐振腔结构和泵浦相关的参数G,来评估空气热效应对碟片激光器的稳定性影响。当G>1时,激光器不稳定;当G<1时,激光系统是稳定的。并通过优化设计,给出G=0的谐振腔结构,可有效减小空气热效应引起系统的失调。最后,本文设计实验,测量并分析了空气透镜效应的光焦度以及空气楔效应引起系统竖直方向的角度失调量,验证了关于空气热效应的相关结论。并采用所设计G=0时的谐振腔结构,在实验平台上,有效地抑制了空气热效应对输出激光器稳定性的影响。
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