4-57 大功率环形LD侧面泵浦Nd³⁺:YLF激光器的特性

罗亦鸣 李明中 秦兴武 陈良明 隋 展 赵润昌 丁 磊 梁 樾

　　LD泵浦的固体激光器具有效率高、能量输出的不确定性小、光束质量高、热效应低、长寿命、结构紧凑、高重复频率等闪光灯泵浦所难以实现的优点。在高功率LD泵浦固体激光增益介质时，往往需要采用较复杂的泵浦几何以获得均匀的泵浦场实现端面或侧面泵浦，从而在一定程度上影响了泵浦光的利用率，限制了激光器能量转换效率的进一步提高。

　　探索一种新型泵浦方式即用环形LD阵列对棒状增益介质进行直接侧面泵浦，比较容易地获得了较理想的泵浦光能量转换效率和泵浦均匀性。实验中使用总功率为3kW的环形LD阵列紧密环绕一根f 9.6mm´14mm的Nd³⁺：YLF棒进行泵浦，通过自动温度控制仪和半导体制冷器直接控制LD的铜热沉温度，间接实现调节LD结温，使输出波长能够对准介质的最大吸收峰，以达到泵浦能量的最大吸收。YLF棒一端镀有1054nm的高反射膜，使用一系列镀有部分透过膜的平面镜与高反射膜构成谐振腔，观察激光器的自由振荡特性。LD输出能量与其工作电流有确定的关系，泵浦能量可由LD工作电流换算出来，实验结果是：LD工作电流设置为75A、工作脉宽设置为0.52ms（此脉宽对应于Nd³⁺：YLF的上能级寿命，可以使泵浦能量得到充分吸收）时，获得了波长1054nm，单脉冲能量最大可达1.011J的自由振荡激光输出，激光器的斜效率达70%以上，相对以前使用过的各种端面与侧面泵浦方式都有显著的提高。在谐振腔内加入Nd⁴⁺：YAG晶体，进行激光器的被动调Q运行，获得了单脉冲能量最大达到250.6mJ，脉宽85.41ns，调Q效率为18.6%的实验结果。让LD工作在1Hz的重复频率，对激光输出在较长时间段内进行了多发统计，测得输出不稳定性小于0.5%。还用这种结构的激光头进行了行波放大实验，当LD工作电流为75A时获得了3.01倍的单通增益。通过计算机程序模拟计算了介质内泵浦场的分布，通过实验观察了介质的增益均匀性，验证了这种简单的泵浦耦合方式能够得到较为均匀的泵浦场。

　　在进行以上实验时，出于安全考虑，LD的工作电流并没有达到预定的工作点（90A），因此，泵浦功率并没有达到3kW，这说明这种结构的激光头性能还有潜力可以发掘。当前，经过初步优化，此种结构的激光头已作为放大器在神光原型装置的前端和预放系统中使用，效果良好。目前对此激光头的特性还在做进一步的研究，其结构也在做进一步的改进，预计性能还会有进一步提高，并相信它会得到更广泛的应用。