4-19  二极管泵浦高功率薄片激光器关键技术

姚震宇  蒋建锋  涂  波  周唐建  童立新  武德勇  高松信  唐  淳

固体激光器向高平均功率发展存在的最大问题是沉积在激光介质里的废热。废热的消除将导致热透镜、机械应力和退偏等效应，并由此造成光束质量的退化，激光功率的降低，甚至可能造成介质的断裂。采用薄片激光器设计可以允许介质具有高的泵浦功率密度而不产生显著的温度梯度，当泵浦区尺寸远大于薄片厚度时，热流可认为是沿厚度方向的一维分布。合理设计泵浦耦合结构，可以使薄片径向温度分布近似均匀，从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。因此薄片激光器可以定标放大到很高的平均功率。

开展了二极管泵浦薄片激光器关键技术研究：研制了输出峰值功率2 kW、占空比15%的面阵二极管激光器模块。微通道冷却器采用钨铜合金，有效保证了冷却器面形精度要求，大幅度提高了输出光强度分布的均匀性。掌握了薄片光学镀膜、金属化技术及铟焊工艺，提高了薄片的散热能力。采用光线追迹法优化设计了四通泵浦耦合系统，实现了泵浦光的均匀分布。

在单薄片激光实验中，二极管激光器在占空比10%工作时，最大输出平均功率80 W，光-光效率达到40%；15%占空比时，输出114 W，光-光效率38%；在占空比20%，泵浦平均功率330 W时获得120 W的平均功率输出，光-光效率36%。图1是不同占空比下单个薄片的平均输出功率与DL驱动电流关系曲线。采用两个参数相同的薄片进行了串接定标放大实验，在15%占空比下获得210 W的最大平均输出功率，光-光效率达到36%，实现了定标放大。图2是不同占空比下两个薄片输出的平均功率与DL驱动电流关系曲线。在稳腔下用Spiricon公司的M²-200测试仪测得的光束质量因子约12.4。