Yb∶YAG表层增益陶瓷板条波前畸变数值模拟

陈一豪,梁兴波,李 宁,贾佑权,陈念江

(固体激光技术重点实验室,北京 100015)

1 引 言

激光技术在医学、智能制造、科学研究等领域均有不可或缺的应用,其中高功率高光束质量的固体激光器是研究热点,各国各组织均开展了重点研究。高性能、高质量的激光增益材料是激光技术发展和应用的根基。相比于传统的增益材料(晶体和玻璃),透明激光陶瓷具有更优异的特性:制作周期短、可掺杂浓度高、可满足复杂构型及大尺寸制备,因而近年来作为高功率固体激光增益材料被国内外广泛关注、研究[1-5]。

制约激光器发展的一个主要因素就是热效应,高掺杂浓度以及大尺寸构型提供更高的激光功率,但也造成更严重的热效应。热透镜效应、热致双折射、热梯度效应和热应力将极大恶化激光束质量、降低板条使用寿命以及降低输出功率[6-9]。由于传统构型激光器的热透镜效应,1969年Martin等人,首次提出板条激光器的构型设计,显著改善了散热性能,降低了波前畸变；且zig-zag的激光光路,进一步补偿了热分布不均造成的热畸变,提高了激光输出的光束质量[10-11]。

结合板条和薄片的特点,2008年唐晓军等[12]发表了表层掺杂板条的构型设计。板条整体厚度为2 mm,中间为白YAG,在大面两边键合200 μm左右的掺杂了Nd+3离子或Yb+3离子的YAG,该结构可以作为振荡器或放大器使用。2016年,刘洋等[13]设计了Nd∶YAG表层掺杂振荡器,在单脉冲泵浦能量为354 mJ的条件下,获得121 mJ的激光输出,光-光转换效率和斜效率分别为34 %和45 %。2018年……