三向側(cè)面泵浦固體激光器中熱透鏡的研究* 5',8 ziJQ  
陳德東 楊愛粉 文建國 王石語 蔡德芳 過振 x"gd8j]s  
（西安電子科技大學 技術(shù)物理學院，陜西 西安 710071） @W[f1  
摘要：本文理論分析側(cè)面泵浦固體激光器熱透鏡效應，詳細討論介質(zhì)中泵浦光分布和溫度梯度分布，提供了熱透鏡的數(shù)值解法。實驗研究三向側(cè)面泵浦固體激光器的熱透鏡，所測實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果相吻合。該數(shù)值方法為DPL的諧振腔設計提供有效途徑。 UJCYs`y  
關鍵詞：激光二極管泵浦固體激光器 熱透鏡 端面泵浦 側(cè)面泵浦 c*L0@Ak%  
Thermal lensing In three Side-pumped solid-state Laser $+Z)  
CHEN De-dong YAN Ai-fen WEN Jian-guo WANG Shi-Yu CAI De-Fang GUO Zhen GycSwQ ,  
(School of Technical Physics, Xidian University, Xi`an, 710071, China) $JMXV  
Abstract: In this paper a theoretical analysis of thermal lensing in side-pumped solid-state laser is made and the distributions of pumping source and temperature gradient are discussed. A numerical solution of thermal lensing is given. Thermal lensing is measured in experiment, which is consistent with the results from the numerical solution. It is a practical way to design the DPL cavity with the numerical solution. \%f q  
Key words: Laser-diode pumped solid-state laser, thermal lensing , side-pump, End-pump pu 7{a  
1 引言 lFV N07hG  
激光二極管泵浦固體激光器由于其高效，穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊等特點，獲得廣泛應用。隨著泵浦功率的增加，激光晶體的熱效應對DPL性能的影響逐漸表現(xiàn)出來，特別在大功率的情況下，熱效應嚴重地影響著DPL激光輸出特性。消除或利用熱效應，研究熱透鏡已成為國內(nèi)外研究DPL的一個熱點[1-5]。 hPUYyjXPB  
二極管泵浦方式有端面泵浦和側(cè)面泵浦。端面泵浦容易獲得基模輸出，但激光輸出功率受限。而側(cè)面泵浦可以獲得很高的功率輸出，但它的激光模式不好。其主要原因就是熱透鏡效應，所以對側(cè)泵DPL的熱透鏡研究就更為重要。 !
O:y@  
DPL的熱效應分析比較早[4]，對側(cè)面泵浦激光器的熱模型研究也比較成熟，但缺少熱透鏡的定量估算,給DPL諧振腔的設計造成一定的困難。本文研究三個LD以1200等角距側(cè)面泵浦Nd:YAG晶體的三向側(cè)面泵浦激光器熱效應，對介質(zhì)內(nèi)的溫度梯度分布進行分析，對熱透鏡進行了數(shù)值計算，通過實驗測量，驗證數(shù)值測量結(jié)果，確定數(shù)值計算方法的準確性。 e :%ieH
<  
2 側(cè)面泵浦DPL 中的熱效應 [f1 (`<  
2.1介質(zhì)內(nèi)泵浦光分布 "AnC?c9?-^  
CsoiyY -2  
*項目資助：國家重點實驗室基金項目（編號：00JS08.1.1.DZ0103） o7s
T=x9  
在側(cè)面泵浦DPL中，LD從介質(zhì)側(cè)面三個等角距方向進行泵浦。這種泵浦結(jié)構(gòu)與端面泵浦結(jié)構(gòu)不同，泵浦光并不集中分布于介質(zhì)中心。分析單個方向二極管側(cè)面泵浦的光強分布如下（坐標原點定在光束束腰位置）[2] +#lM  
Z7hgA-t  
      （1） iw8yb;|z;A  
式中 是LD沿晶軸每單位長度的功率, a是介質(zhì)的吸收系數(shù)， 是泵浦光束腰半徑. 由式（2）給出 LSGB
q  
                                  (2)   ,y 2$cO_>  
在三向側(cè)面泵浦固體激光器中，二極管從三個方向側(cè)面泵浦介質(zhì)，每個方向的二極管光強分布滿足式（1）。采用極坐標變換，通過數(shù)值計算得到，三個方向光強疊加的泵浦光分布（如圖1）。圖1參數(shù)設定：每個方向二極管bar長60mm,單bar功率60W,三個bar成1200排列，總功率180瓦；介質(zhì)采用F3´63的Nd:YAG晶體。 i]6`LqlO  
    P3)Nl^/  
圖1三向側(cè)泵泵浦光分布圖             圖2 三向側(cè)泵泵浦光等位線圖 iS WU'K  
  從圖1和圖2得到，三向側(cè)面泵浦固體激光器與其它泵浦結(jié)構(gòu)激光器的泵浦光分布不同，介質(zhì)中心泵浦光功率最強，在中心小范圍內(nèi)近似高斯分布。介質(zhì)邊緣的三個小峰值分布對激光基模操作不利，易導致差的激光輸出模式。但通過增加泵浦介質(zhì)的長度和泵浦二極管的個數(shù)，可以大大提高激光輸出功率。                         s'E2P[:  
2.2介質(zhì)內(nèi)溫度梯度分布 %yW3VL  
  由于介質(zhì)對泵浦光的吸收，泵浦光一部分轉(zhuǎn)換成激光輸出，另一部分變成熱，通過晶體熱沉傳導出去。假定介質(zhì)只有徑向熱流，而忽略軸向的熱流，即軸向的溫度分布相同。這樣沿介質(zhì)半徑方向?qū)�產(chǎn)生溫度梯度。 X[PZg{