4-38  千瓦级二极管泵浦热容固体激光器

蔡  震  蒋剑锋  胡  浩

热容激光器与常规的高功率固体激光器的本质区别是激光介质的热管理方式不同，常规高功率固体激光器是边工作边冷却，而热容式激光器采用了工作时间和冷却时间相分离的热管理模式。因此热容激光器不再受介质断裂极限限制，可提高平均输出功率，同时由于工作时介质内部不存在显著的温差、热应力，可有效减小光程畸变提高光束质量。

然而在实际工作条件下很难做到对整个激光介质的均匀泵浦，因此激光介质内部不可避免地会存在温度场、应力场分布从而对光束质量产生影响；同时激光介质的温升也受到粒子数波尔兹曼分布的限制，工作温度的持续升高必然会造成激光器的阈值升高、输出功率下降，因此工作中必须对激光器的耦合结构、泵浦功率密度、连续工作时间等运行条件作出优化。

针对上述问题，进行了理论和实验研究，开展了泵浦源耦合结构的光线追迹和优化设计，针对热容工作模式下激光介质的激光特性进行了初步理论分析，数值模拟了不同泵浦条件下激光介质的增益分布及温度场、应力场分布，确定了激光器的安全运行条件。初步完成了热容激光器实验平台的建立：采用两个220´10⁵ Pa的二极管面阵对f50 mm´15 mm的Nd:GGG晶体进行泵浦，耦合方式为微透镜准直加正交柱透镜组，耦合光斑为28 mm´28 mm，根据数值模拟结果确定激光器的连续运行时间为2 s，实验结果表明：该激光器在平均泵浦功率8 100 W的激励条件下获得了约1 400 W的激光输出，光效率约17%。