《全固態雷射器熱助推泵浦和綜合泵浦技術研究》是依託天津大學，由丁欣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：全固態雷射器熱助推泵浦和綜合泵浦技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁欣
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱效應是影響固體雷射器高功率、高效率、高光束質量運轉的主要瓶頸。熱助推泵浦技術可將量子缺陷降到最低並消除量子效率損耗，是一種可根本性解決熱效應的方案。綜合泵浦技術可使現有固體雷射器在不用提高摻雜濃度和晶體長度的基礎上，實現高光光轉換效率和低熱運轉，使得傳統相互制約的輸出功率和光束質量兩方面得到共同改善。.本項目採用全固態可調諧鈦寶石雷射器作為泵浦源，選用Nd:YAG、Nd:YVO4和摻Nd雙包層光纖作為雷射介質，研究熱助推泵浦和綜合泵浦的物理機制，充分掌握熱助推泵浦和綜合泵浦下晶體參數（濃度、長度、受激發射截面等）、泵浦光特性（線寬、脈寬、功率密度等）對泵浦吸收、雷射輻射和熱沉積的影響，根據光－光轉換效率（Pout/Pin）和雷射－吸收功率效率（Pout/Pabs）建立雷射系統的評價體系，確定綜合泵浦的理論模型和泵浦功率的最佳配比，實現固體雷射器高功率、高效率、高光束質量運轉。
結題摘要
共振泵浦技術能夠降低量子缺陷率，提高量子效率，從而有效減輕固體雷射器中的熱效應並提高其效率。為解決共振泵浦方式下泵浦吸收較差導致光-光效率較低的問題，項目詳細研究了雷射晶體的摻雜濃度、長度和溫度等參數對泵浦光吸收和雷射效率的影響，以尋找獲得高光-光效率的途徑。從速率方程出發，對共振泵浦雷射器的輸出特性和產熱進行了理論分析，模擬了吸收係數和上轉換速率隨晶體摻雜濃度的變化對雷射器效率的影響。利用自行搭建的可調諧鈦寶石雷射器、914nm Nd:YVO4雷射器以及購置的808nm、880nm LD作為泵浦源，對880nm共振泵浦Nd:YVO4雷射器、885nm共振泵浦Nd:YAG雷射器、880nm共振泵浦摻釹光纖雷射器和914nm基態高斯塔克能級熱助推泵浦Nd:YVO4雷射器分別進行了實驗研究。880nm共振泵浦Nd:YVO4 1064nm和1342nm雷射輸出相對吸收斜率效率分別達75.3%和64%，最佳化晶體參數後880nm LD單端共振泵浦Nd:YVO4，入射泵浦功率27.3W時1064nm和1342nm雷射輸出功率分別為15.6W和9.9W，光-光效率分別為57.1%和36.3%，相同雷射輸出功率下產熱相對808nm傳統泵浦分別降低41%和31%；885nm共振泵浦Nd:YAG 1064nm和1319nm雷射輸出相對吸收的斜率效率分別達68.5%和42%，光-光效率分別為52.9%和28.6%；880nm共振泵浦摻釹光纖1060nm雷射輸出相對吸收斜率效率60%；914nm共振泵浦Nd:YVO4 1064nm和1342nm雷射輸出相對吸收斜率效率分別達82%和65.4%，最佳化晶體參數後1064nm雷射相對入射泵浦功率的光-光效率達50.2%；以上斜率效率和光-光效率均達到國際先進水平。上述成果對於共振泵浦技術，特別是產熱量極低的基態高斯塔克能級熱助推泵浦技術的實用化，將起到重要的推動作用。在共振泵浦技術基礎上，開創性地提出固體雷射器的綜合泵浦方式，根據具體限制條件調整共振泵浦光和傳統泵浦光的配比，使系統的輸出和產熱達到一個最佳平衡點。建立了綜合泵浦雷射系統的理論模型和評價體系，討論了具體限制條件下最佳泵浦配比的確定方法；搭建了880nm+808nm綜合泵浦的Nd:YVO4雷射器，實驗結果驗證了評價體系的合理性，對於固體雷射器熱管理技術的發展具有重要推動作用。
