超寬角度ASE吸收雷射薄膜研究

《超寬角度ASE吸收雷射薄膜研究》是依託同濟大學，由焦宏飛擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：超寬角度ASE吸收雷射薄膜研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：焦宏飛
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

雷射增益介質中自發輻射放大（ASE）是限制高功率板條雷射器輸出能量進一步提升的關鍵因素。ASE具有超寬角度分布的特性，需要將0°-全反射角°（52.8°）範圍內的雜散光束都進行控制才能有效抑制ASE，但目前已有方法在角度範圍和效率方面都不理想。本申請提出一個抑制雷射增益介質中ASE的新思路：將倏逝波薄膜和超寬角度吸收黑膜耦合起來，構建一種可以兼顧倏逝波特性、超寬角度ASE吸收特性、熱力穩定性及雷射損傷特性的多功能薄膜。建立離線表征多功能ASE吸收膜對1064nm雷射在YAG內部零度角至全反射角範圍傳輸時吸收效果的方法；闡明全內反射條件下多功能薄膜的損傷特性及規律；掌握多功能薄膜倏逝波特性、ASE吸收特性、應力、熱穩定性及損傷特性在高溫條件下長期工作的演變規律和控制方法；實現兼顧光學特性、熱力特性、損傷特性ASE吸收多功能薄膜研製，為高功率半導體泵浦雷射器的ASE抑制問題提供關鍵技術支持。

結題摘要

二極體泵浦全固態雷射器具有光光效率高、光束質量好、波長覆蓋範圍廣、使用壽命長、結構小巧緊湊、系統穩定度高等優點，在雷射聚變、國防軍事、工業生產、醫療器械、空間通信和航天技術等方面發揮著相當重要的作用。這些需求和套用都對目前雷射器的功率、光束質量和輸出效率等性能指標的提高提出了一個新的挑戰。雷射增益介質中自發輻射放大（ASE）、全反射界面的易損傷特性是限制高功率板條雷射器輸出能量進一步提升的關鍵因素。ASE具有超寬角度分布的特性，需要完全吸收0°-全反射角°（52.8°）範圍內的雜散光才能有效抑制ASE，但目前已有方法在角度範圍和效率方面都不理想。我們首先基於不同厚度金屬Cr薄膜的色散表征，設計並製備了Cr和SiO2多層金屬介質寬角度吸收膜，將倏逝波薄膜和超寬角度吸收黑膜耦合起來，構建了一種可以兼顧倏逝波特性、超寬角度ASE吸收特性的多功能薄膜。實驗結果表明，此寬角度吸收膜在保證板條雷射器的1064 nm主雷射全反射的同時，可以有效吸收板條晶體內部0-全反射角範圍內的雜散光，平均吸收率高於85%。最終實驗製備的YAG多功能薄膜和傳統的SiO2薄膜相比，可以將Nd:YAG板條雷射器的輸出功率提高大約12%。另一方面，我們在基板與SiO2倏逝波薄膜間加入一層HfxSi1-xO2納米複合材料，有效降低薄膜與基板的界面電場，並通過高溫退火處理，進一步降低了薄膜的吸收。損傷閾值測試表明，這種加入HfxSi1-xO2混合材料薄膜的全反射面薄膜的雷射損傷閾值是傳統全反射面薄膜結構的2倍。上述科學和技術問題的解決，將極大促進國內板條雷射器 ASE 抑制方面理論及套用研究的發展，提高板條晶體全反射面的界面損傷閾值，為高功率 DPSSL 能量負載的提升提供有效的技術途徑。