4-42 二极管泵浦高功率Nd:YAG双通功率放大器

王卫民 姚震宇 庞 毓 高清松

　　对二极管激光侧泵浦Nd:YAG板条双程功率放大器进行了研究，研制的激光器输出平均功率大于100W，光束质量b 小于5。为了使研制的激光器光束质量因子b <5，建立的主振荡器在10~500Hz重复频率电光Q开关时，获得单脉冲能量为0.3~0.8mJ的输出，光束质量M²小于1.5(近衍射极限)。建立了二极管侧面泵浦Nd:YAG之字型板条激光主振荡¾ 多程放大(MOPA)系统，功率放大器采用三级双通功率放大结构，以便充分利用放大器内的储能，提高激光系统的效率，Nd:YAG板条的通光口径为f 5mm´5mm，有效增益长度为60mm，在500Hz重复频率下，每个放大器的储能约为280mJ，二极管激光器的占空比为20%，放大器在不同的重复频率下，其储能有较大的差别，即随着重复频率的升高，储能降低。测量了在不同重复频率工作下，功率放大器热透镜焦距数值。

　　激光器在某一固定重复频率下工作，可以使用单一的凸柱面镜进行补偿，热透镜补偿后激光器在400Hz重复频率工作时，获得单脉冲能量为430mJ的1.06mm输出，光束质量b小于3.7，脉冲能量起伏小于2%，实验数值与计算结果相符合。整个系统1.06mm激光在20Hz重复频率最大输出单脉冲能量为460mJ，激光脉冲宽度为20ns。激光器在不同重复频率下，选择工作在80℃温度下的超纯KTP晶体作为倍频器件，使用半导体使KTP晶体恒定在80℃工作，KTP晶体的大小为8mm´8mm´10mm，通光长度为10mm。为了提高倍频效率，采用焦距为508mm的凸透镜聚焦，KTP晶体放置在离聚焦透镜200mm处，倍频效率可达到50%，输出0.53mm绿光单脉冲能量如表1所示。采用焦距为f(f>1m)的透镜对激光束聚焦，透镜紧靠激光器出口，测量光斑在焦面处直径，就可以测试0.53mm激光的光束质量，在500Hz重复频率工作时测得垂直方向的b为4.7，水平方向的b为4，经120倍发射系统后，在1.5km处光斑在两个方向上的大小基本一致。

表 1 输出的单脉冲能量（0.53mm）