4-15  高功率激光多程放大器技术

庞  毓  王卫民  张  雷  高剑蓉

实验研究采用MOPA系统的Nd:YAG激光器。通过解四能级系统反转粒子数速率方程和介质内光子流强度变化率方程以及代入边界条件可以得出放大器的单程能量增益

其中，t 为脉宽，I₀为输入光信号强度。从上式可以看出激光器能量放大系数与注入能量和脉冲宽度有关。通过改变注入放大器的激光脉宽，测量双通放大输出功率，可以得出注入脉宽对激光器输出能量的影响。实验得到在重复频率100 Hz，泵浦脉宽250 ms，延迟245 ms，注入功率50 mW条件下，注入脉宽为20 ns时双通输出功率最高为8.85 W；通过改变注入放大器的能量，测量双通放大输出功率，可以得出注入能量对激光器输出能量的影响。实验结果为在注入能量8 mJ时，提取能量最大，且与理论计算值接近。

由于放大器光路中光学元件表面剩余反射的存在，在高增益的放大系统中很容易产生自激振荡，针对实验系统进行了自激振荡理论分析及计算，得出要消除自激振荡腔，则任何光学元件的两镜面的反射率都要小于1.74´10^-4，否则将会产生自激振荡，同时提出了抑制措施，并应用于实验，取得了较好的效果。

　　在多程放大系统中自发辐射放大会损耗激光介质内上激光能级粒子数密度，降低放大器的小信号增益系数，因而会降低放大器的能量提取效率。针对实验系统进行了自发辐射放大理论计算。根据Linford提出荧光强度与小信号增益的解析表达式，进行了数值模拟计算，在实验中提出了抑制自发辐射放大的措施。