培训130326-碟片激光器ppt课件.ppt

《培训130326-碟片激光器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、碟片激光器何铁锋半导体泵浦的缺点碟片激光器简述产品介绍及应用特点及优势提问和解答Contents一、半导体泵浦固体激光器的缺点半导体泵浦固体激光器的典型问题是其热沉积的不一致，进而导致热透镜效应的出现。1、不利于激光器谐振腔的设计2、会使激光光束质量下降3、限制着功率输出固体激光介质的三种主要构型:圆棒、板条和薄片圆棒最易产生径向温度梯度,从而产生热透镜效应和由热致双折射引起的退偏效应。板条中的热流近似为一维分布，但板条激光器存在两个主要缺点:光束在板条宽度和厚度方向有像散定标放大受到厚度的限制二、碟片激光器简述解决的办法之一是碟片激光器，碟片激光器从原理上有效地克服了固体激光器

2、固有的热效应问题。其主要优点是允许非常高的泵浦功率密度但在晶体内不会有太高的温升。１９９３年，Ｇｉｅｓｅｎ等提出了单面抽运和单面冷却的薄片激光器设计思想，同时实现减小晶体的厚度和掺杂浓度，并且能有效冷却晶体，使Ｙｂ∶ＹＡＧ薄片激光器迅速得到广泛应用。2000年德国斯图加特大学研究人员采用二极管端面泵浦直径为5mm、厚度为224μm的Yb：YAG薄片，获得了647W的激光输出，光-光转换效率高达51%。四个薄片串接获得了1070W的激光输出，光一光效率为48%。目前，单个薄片最大连续输出功率已经大于５ｋＷ，通过４片薄片实现连续输出功率达１６ｋＷ的商用薄片激光器已经出现在市场上。20

3、02年清华大学李超等人在国内首次获得16W连续激光(波长1030nm)输出的二极管泵浦Yb：YAG薄片激光器。2005年中国工程物理研究院应用电子学研究所姚震宇等人采用四通光学耦合端面泵浦系统，采用两片1mm厚的Nd：YAG薄片，获得峰值功率1440W，平均功率216W的准连续激光输出，光-光转换效率为36%2007年8月西安电子科技大学张申金等人，当泵浦功率为110W时获得20W的激光输出，2012年8月底有报道，湖北和俄罗斯合作的输出功率达4KW激光样机将于年底完成。目前适合碟片泵浦的增益介质有Nd:YAG,Nd:GGG,Nd:glass,Yb:FAP。而国内主要采用Nd:Y

4、AG,国外薄片激光器通常采用Yb:YAG晶体作激光介质。Yb:YAG具有转换效率高、量子损耗低、吸收带宽宽的特性，但其高的泵浦功率密度阈值和对和对稳定高度敏感性限制。是一种实用的高平均功率固体激光增益介质。碟片激光器激光介质：Nd:YAG对温度低敏感度和很低的泵浦功率密度阈值,在小功率方面有很好的应用。采用较厚的Nd:YAG可降低耦合系统难度，不需采用结构复杂的多通耦合系统。具有较低的量子损耗，热承载小（91％量子效率），热透镜效应非常小，几乎可以忽略不计。        · 具有很宽的吸收带宽（18nm），因此对泵浦LD的控温精度要求低。        · 上能级荧光寿命长

5、（1ms），有利于储能。        · 发射线宽较宽，可以实现调谐输出。        · 激光发射截面较小（有利于高能量存储）。碟片一面固定在热沉上由于热源与热沉之间的距离很短因此即使在高的泵浦功率密度下晶体也不会产生显著的温度梯度。当泵浦区尺寸远大于碟片厚度时只要泵浦光束是近平顶分布就可以合理设计碟片的散热冷却结构使热流近似为沿厚度方向的一维分布从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射，因此碟片激光器可以定标放大到很高的平均功率。碟片激光器优势：研制薄片激光器最为关键的技术：一、均匀泵浦技术二、薄片的散热冷却技术这两个技术既是实现热流一维分布,消除热透镜效应的关键

6、,也是减小薄片应力,防止薄片断裂的关键。碟片的散热冷却采用铜微通道冷却器。碟片介质前表面镀泵浦光和激光的增透膜,后表面(冷却面)先镀这两种光的全反膜,再镀Ti,Pt,Au实现金属化,最后采用铟焊工艺将薄片焊接在铜热沉上,以减小激光介质与冷却器之间的热阻,提高散热冷却效率,同时有利于薄片的自由膨胀,防止薄片断裂。均匀泵浦技术采用单透镜对光纤输出的光进行准直。为保证泵浦光被薄片充分吸收需要采用结构复杂的多通耦合系统，如4、8、16路泵浦结构。泵浦方式：1、侧面泵浦2、端面泵浦侧面泵浦图侧面泵浦的优势：与端面泵浦结构相比，系统更加紧凑，系统受外界干扰小，机械稳定性高，泵浦均匀性高侧面泵

7、浦的限制：复合薄片加工困难，泵浦耦合技术要求高，均匀泵浦与掺杂浓度、泵浦功率、二极管阵列排列方式、位置及聚焦情况等诸多因素相关，实际中实现起来有较大难度。后端面泵浦图前端面泵浦图端面泵浦的优势：不需要很复杂的泵浦光学系统传输效率高（>90%）结构简单、紧凑，泵浦面积大所需的泵浦通量低，既可以将二极管整列用光纤耦合输出后泵浦，也可以采用二极管阵列直接泵浦。端面泵浦的限制：对于口径/厚度比达数百倍的薄片加工存在较大难度，镀双色性膜难度较大，特别是在高功率泵浦的情况下膜层容易损害。另外