4-21  高储能激光放大模块技术

蔡  震  吕文强  魏  彬  武德勇  高松信  高清松  唐  淳

作为泵浦固体激光器（DPL）激光系统的核心部件，能否开发出泵浦均匀且储能密度高的激光放大模块对于进一步研制高平均功率、高光束质量的二极管泵浦固体激光器具有非常重要的意义。

本项目开展了激光器放大模块的研究工作，针对影响激光介质增益分布的相关因素进行了理论和实验研究，开发研制出了高储能激光放大模块。该模块采用了81个激光二极管，每9个二极管组成一个线阵对f6 mm´100 mm的Nd:YAG棒进行泵浦，峰值泵浦功率为6500 W。研制过程中采用光线追迹法对激光模块的增益分布进行了数值模拟，通过改变二极管出光面距棒中心的距离，比较不同情况下棒的增益分布，确定了二极管的最佳耦合距离为6 mm。研制中为使激光介质内部增益分布尽可能均匀，通过实验优化选用了掺杂1%的激光介质，并将激光棒的通光面磨成了斜面以消除工作介质内部的自激振荡。考虑到二极管线阵的高热功率，为保证二极管线阵的散热条件，研究中对其换热条件进行了数值模拟，确定了满足控温条件所需要的对流换热系数。并以此为根据对冷却结构进行了参数设计，采用了微通道式的冷却方式，设计了高效率铜冷却结构，为了确定微通道式冷却结构的散热能力，实验中对单个二极管线阵进行了出光实验，从二极管线阵光谱曲线可看出，激光二极管线阵的光谱半宽较窄约为1.5 nm，这说明冷却器良好的满足了二极管线阵的散热要求。

　　实验测量了激光模块的增益系数，结果显示在500 Hz重复频率下，当泵浦脉宽为250 ms时，增益系数可达0.3/cm，进一步推算出该模块的单脉冲储能约为400 mJ。利用CCD测量了激光模块的增益分布，结果显示该模块增益分布均匀为近平顶分布，增益分布较高的区域大约位于棒中心f4的区域内。为了评价该激光模块的热效应状况，实验研究了模块的退偏效应及热聚焦效应。结果表明：500 Hz重复频率下该模块的单通退偏小于25%，热焦距约为170 mm。