二级放大脉冲固体激光器

要点——孔径匹配，泵浦时间匹配 对于单程行波放大器而言，其输出激光放大增益的影响因素主要是级间孔径的匹配和级间泵浦时间的匹配。 级间孔径的匹配问题 为了提高总的能量输出，各级放大器的介质截面是逐级加大的(但又不宜过大，以免泵浦不均匀)，使各级放大器皆工作在激光破坏阈值以下的状态，因此各级孔径必须互相匹配，以达到充分利用放大介质的目的。 级间泵浦时间的匹配问题 为了有效的减小或避免自激（自激所产生的预激光降低了晶体中的粒子反转数密度，限制了激光棒中能量的存储密度，从而限制了放大器的输出能量），我们可以通过调节级间的延时来达到目的（DG535,专门的系统间延时调节仪，步长5PS,浮动50PS以内） 7、激光放大器对波形的影响——波形畸变 激光在放大介质中传输时，诸多物理因素会引起光脉冲的空间和时间畸变。 1、空间波形畸变 光在放大介质中产生的畸变会使发散角增大，光束质量劣化，并会产生局部的高功率密度，从而导致介质的损伤。引起空间畸变主要原因有以下几种： （1）非均匀泵浦 激光介质对泵浦光按指数规律吸收，因此对介质中心的泵浦作用比边沿要小。非均匀泵浦导致增益和储能分布的不均匀性。 （2）激活介质的非均匀性 即使光学质量非常好的激光介质，也不可避免的有小的固有应力，折射率变化，激活离子的浓度梯度和杂质等非均匀性都会改变入射光脉冲的空间分布，使均匀分布的初始激光通过放大器后出现尖峰和脉动。 （3）增益饱和 激光通过放大器时，因饱和效应使增益分布发生变化。光强较弱的那部分因介质的饱和程度较低，它的放大比光强较强部分要大，总的效果是使光束空间分布产生畸变。 其他因素：热畸变，非线性折射率等。 2、时间波形畸变 （1）脉冲波形畸变 当激光脉冲通过放大器时，脉冲前沿比后沿消耗更多的反转粒子，因此，脉冲前沿变陡，后沿变缓，脉宽减小。 （2）频率调制 在高功率的激光放大器中，光强感生的折射率变化不仅会导致介质自聚焦而使介质破坏，而且会导致脉冲频率漂移，产生频率调制的现象。 8、其他不利因素——自激，寄生振荡 自激 由于工作物质端面污染等因素，有可能棒的前端面和后端面或和输出镜组成谐振腔，随着一级放大注入电压的加大，到达阈值时（在本振级激光还未到达放大级时）就会输出激光，消耗了大量的粒子数。严重影响了激光的输出能量。 由自激振荡所产生的预激光降低了晶体中的粒子反转数密度，限制了激光棒中能量的存储密度，从而限制了放大器的输出能量。在单程放大中，一般很难观察到自激振荡现象，这是因为在单程放大中，没有使用高反镜（多程放大中用到），自激振荡阈值比较高。 减小或避免方法：调节级间延时，可以有效的减小或避免自激的产生。 寄生振荡 激活介质边界的内反射，特别是当这种反射形成闭合回路时，能极大地增强放大自发辐射。当这种强烈的反馈机制使激光介质中的增益超过损耗时就会出现寄生振荡。 寄生振荡限制了激光核聚变用到的片状铷玻璃可达到的储能上限。 减小或避免方法：适当减小激活介质的掺杂浓度，或者用折射率与激光介质相匹配的吸收包在片的边缘（包边技术）是减小或避免寄生振荡的有效方法。 实验要求部分 1、 实验目的 1、知识面：理解激光放大、自激等基本原理； 2、操作面：学会激光放大实验装置的调试； 3、核心点：掌握相关技术参数（发散角、放大倍数、最佳延时）的测试方法。 二、实验 本实验对高能量二级放大脉冲激光器进行实验与研究： 1.构建一套高功率多级放大固体脉冲激光器系统。 2.在平凹腔条件下，对高功率多级放大固体脉冲激光器的输出特性进行研究。 3.观察自激现象的产生，调整级间延时对激光输出特性的影响。 三．实验器具及装置 1、 实验器具 器具 数量 二级放大固体脉冲激光器 1 能量计 1 光脉宽探头 1 100M示波器 1 1m聚焦透镜及调整架 1 光屏 1 相纸和清洁器具 若干 2、 实验装置图 高功率多级放大固体脉冲激光器结构示意图 四、实验步骤 （1） 开动致冷循环水，按下本振级激光电源开关、主电源按钮、灯泵按钮，激光打静态；用相纸观察激光光斑形状，确认光斑为均匀圆光斑，否则调试激光器的输入输出镜和小孔光阑，使其达到使用要求，用挡板反射光斑，并用相机拍摄反射光斑。测量在只有本振级工作状态下激光输出的能量、脉宽、发山角 （2） 按下放大振级激光电源开关、主电源按钮、灯泵按钮，激光打静态；用相纸观察激光光斑形状，确认光斑为均匀圆光斑。测量激光输出的脉宽和能量，并测量出放大级的提取能量。 （3） 激光光束参数的测量。将测量出的激光脉冲宽度、脉冲能量、发散角，计算注入能量、放大倍数、和整机效率，将这些参数填入相应表格空格。 （4） 关停激光器、触发信号源等系统，清洁好实验台面。 五、实验现象及光斑模式 输出能量1J时的波形图 脉宽△tab=190us 六、参考书 [1]蓝信矩，黄维玲，刘耀兰.新型全固化Nd：YAG激光器［J］.激光技术1997.8Vol.21,No5. [2]程晓峰.多程放大固体激光器能量稳定性研究［P］.四川：四川大学光电系.2001. [3]W.克希耐尔. 固体激光［M］. 北京: 科学出版社, 2002. [4]蓝信钜.激光技术［M］.武汉：华中理工大学出版社.1995. [5]屠钦禮.激光实验原理和方法［M］.北京： 北京理工大学出版社 1985. 稳定腔、非稳腔结构下光斑模式的举例 放大 连续激光放大 超短脉冲激光放大 脉冲激光放大 _1304581638.unknown