高亮度高增益全固态皮秒激光放大技术研究

脉冲重复频率小于1MHz的高亮度兆瓦级1064nm全固态皮秒激光器在工业微加工、非线性频率变换等众多领域具有广泛的应用。通常,此类激光器种子源输出功率极低,需要采用高增益放大器(Master Oscillator Power Amplifier, MOPA)来提升输出激光的功率及单脉冲能量,以满足应用需求。多级光纤放大器可以提供极高增益,但受限于光纤中的光学损伤及非线性效应,其难以实现高峰值功率激光输出；再生放大技术是实现高增益放大的有效途径,但其结构复杂、价格昂贵,并不实用。近年来,基于高增益固体介质直接放大低功率皮秒种子源技术日益得到关注。本论文对采用Nd:YVO_4晶体放大低功率的被动调Q微晶片皮秒激光器技术进行研究,以获得结构简单紧凑、成本较低的高亮度、高增益全固态皮秒激光放大器。论文主要研究内容分为两部分：基于端面泵浦Nd:YVO_4棒状结构高亮度高增益全固态皮秒激光放大技术研究；基于掠入射侧面泵浦Nd:YVO_4板条结构高亮度高增益全固态皮秒激光放大技术研究。端面泵浦Nd:YVO_4棒状结构散热效果较差。为了获得高增益及高功率激光输出,通常需要采用强泵浦以实现高反转粒子密度。这使增益介质内热效应更为严重,热畸变导致输出激光光束质量退化。理论分析附加增益介质热致球差后激光光束质量的演化(忽略增益饱和效应),得到：附加增益介质正球差的激光光束传播经过束腰后,波前球差会由正转负；若将此带负球差的激光光束通过具有相同热效应(热球差)的增益介质,便可实现波前球差补偿,使输出激光光束质量得到改善。指出：在端面泵浦Nd:YVO_4棒状高增益放大器中,增益对光束强度分布起优化作用,利于采用波前球差补偿实现光束质量改善。以此为基础,设计了基于波前球差补偿的高亮度、高增益三级全固态皮秒激光MOPA系统。预放大级采用特殊设计的双通放大结构,在实现增益介质波前球差自补偿的同时提高激光的提取效率,并有效抑制强泵浦导致的寄生激光,将脉冲重复频率100kHz、脉冲宽度～95ps、光束质量因子M~2

高亮度高增益全固态皮秒激光放大技术研究 论文下载：