激光二极管泵浦固体激光器设计zsf.doc

基于激光二极管泵浦固体绿光激光器
一绪论：
HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1016.htm"\t"_blank"二极管泵浦固体激光器,是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展.HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1016.htm"\t"_blank"二极管泵浦固体激光器的发展与半导体激光器的发展是密不可分的。1963年，美国人纽曼就首次提出了用半导体做为固体激光器的泵浦源的构想。但在早期，由于二极管的各项性能还很差，作为固体激光器的泵浦源还显得不成熟。直到1978年量子阱半导体激光器概念的提出，使得HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1016.htm"\t"_blank"二极管泵浦固体激光器的发展步上了一个崭新的台阶。其中最为重要的是用半导体激光器和半导体列阵激光器泵浦固体激光器技术的发展，这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器.目前日本Fanuc公司的LD双面抽运板条激光器，在抽运平均功率为9.5kW时,平均输出功率达到3.3kW,光效率为35%,这是利用单块Nd:YAG板条所得到的最大输出功率（1）。2003年日本Toshiba公司研制的Nd：YAG激光器采用六个串联的LD抽运模块，实现了12kW的激光输出，电-光效率为23%，并把激光头的体积缩小到了不足0.05立方米（2）[3]
二总体设计：
1泵浦源设计
(1)光纤耦合端面泵浦
端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量，可以实现高亮度的固体激光器，因此我们选择光纤耦合的端面泵浦。端面泵浦激光器由激光二极管、两
个聚焦系统、耦合光纤、工作物质和输出反射镜组成，如图2所示。与直接端面泵浦不同，这种结构首先把激光二极管发射的光束质量很差的激光耦合到光纤中，经过一段光纤传输后，从光纤中出射的光束变成发散角较小的、圆对称的、中间部分光强最大的泵浦光束。用这一输出的泵浦光去泵浦工作物质，由于它和振荡激光在空间上匹配得很好，因此泵浦效率很高。由于激光二极管或二极管阵列与光纤间的耦合较与工作物质的耦合容易，从而降低了对器件调整的要求。而且最重要的是这种耦合方式能使固体激光器输出模式好、效率高的激
光束。

LD泵浦方式一般:端面和侧面泵浦。与侧面泵浦相比,端面泵浦效率高,模式好。LD端面泵浦设计存在高功率扩展问题。但是近年来发展了很多用于扩展输出功率的技术,如两路耦合,高功率泵浦源,多个泵浦源光纤捆匝,多个增益介质的多端面泵浦等等。这些技术相结合促进了LD端面泵浦激光器的发展。我们根据具体情况,采用了LD端面泵浦方式

。因此人们对端面泵浦的研究一直也没有停止过。所以在该系统中，泵浦源采用的半导体激光器，输出后经柱状棱镜组整形,再通过光纤的传输，最终通过倒置的望远系统耦合到激光晶体上，从而实现粒子反转分布。激光晶体的靠近泵浦源的一端面镀808nm的增透膜和1064nm的高反膜。808nm的增透膜使泵浦源发出的808nm波长的激光进入激光晶体前的损耗降至最低，而1064nm的高反膜与镀有1064nm部分反射膜的输出镜结合起来，形成谐振腔，使1064nm的激光产生振荡放大，然后通过倍频晶体将1064的波变成532的
泵浦源在用传统的风冷设计，我们主要通过温度的采集，进行对比，最终控制冷却风扇实现恒温系统
光纤：多模光纤相对于单模光纤耦合，传输的能量更大，因而传输相同功率的能量需要的耦合器件也就越少，相对于价格也就越低，因此我们选择光纤芯径约为62.5um的阶跃型多模光纤

泵浦光耦合系统：
自聚焦透镜是一种与常规透镜不同的小型透镜，实际上是一段梯度光纤，故又称GRIN透镜。自聚焦透镜的聚光能力是依靠折射率的渐变分布实现的，透镜的焦距由透镜的长度决定。因此，自聚焦透镜的加工简单，其端面只需研磨成平面，外形尺寸较小，且数值孔径较大，适用于狭小空间。理想情况下，自聚焦透镜的折射率分布是双曲正割型，因而可以完全消除透镜的球差。但由于制造工艺的影响，很难形成理想的双曲正割型折射率分布，而平端自聚焦透镜的球差仍很严重，会聚光斑较大，采用这种自聚焦透镜的耦合系统的耦合损耗大于3dB。作为改进，将前端研磨成球面的平凸自聚焦透镜系统可以提高透镜的数值孔径，并补偿折射率分布，从而使耦合损耗降低到2dB。若对前端的形状进行优化，可以得到ldB的耦合损耗。但由于平凸自聚焦透镜系统的优化需要精密的测量手段和复杂的计算，透镜的光学加工需要小曲率球面的精密研磨，这使制造难度和成本增加，因而不适用于批量