4-14  400 mJ二极管泵浦Nd:YAG圆棒激光器

高清松  唐  淳  蔡  震  童立新  卓有福  武德勇  姚震宇  高松信

400 mJ二极管泵浦Nd:YAG圆棒激光器采用主振荡器＋放大器方式。谐振腔采用失调低灵敏度单横模设计，以减少外界环境干扰和机械振动，提高激光器的稳定性。谐振腔采用平凹腔，谐振腔腔长0.6 m，Nd:YAG棒为f 2，谐振腔基模腰斑半径为0.5 mm。泵浦模块采用5个二极管激光器环形对称泵浦，根据实验测得的泵浦模块热焦距f = 0.53 m，采用一对平凹负透镜进行补偿，补偿后的泵浦模块热焦距为2.0 m，谐振腔全反射镜的曲率半径为1.02 m，离泵浦模块中心的距离0.24 m。

谐振腔采用电光调Q和偏振输出，光束质量达到近衍射极限。谐振腔输出光束，通过扩束镜和法拉第旋转器进行光束隔离，输入两个峰值功率6 500 W激光泵浦模块进行双通放大。每个激光泵浦模块共81个二极管激光器，每个二极管激光器峰值功率80 W，圆棒f6，Nd掺杂浓度1%。将激光圆棒的两端面加工成3°斜面，防止激光棒与放大器的其他光学元件发生自激振荡。两个激光泵浦模块的封装方式和结构一致，确保激光泵浦模块能较好地进行退偏补偿。在两个激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿，每个激光泵浦模块用两个凹透镜进行热透镜补偿，使光束每经过激光泵浦模块，输出为近平行光束。

实验中对谐振腔输出能量从1~6 mJ，放大级输出能量的变化与理论计算输出的能量进行了比较分析（如图1）。谐振腔输入能量的变化反映了输入放大器通量的变化，即通量越大越有利于放大器能量的提取。

图2是在相同重复频率下，放大器泵浦模块驱动电流60~85 A时双通输出能量与相同条件理论计算结果的比较。通过计算可得出每个放大泵浦模块的储能和提取能量，计算了不同输入能量下泵浦模块提取的能量，其中当输入能量6 mJ时，第二个泵浦模块的提取效率大于50%。在重复频率400 Hz，谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时，双通输出400 mJ，激光器光-光效率为12.3%，光束质量M ²=6。