千瓦级高平均功率激光器研究进展

徐美健  於海武  段文涛  蒋新颖  魏晓峰  林东晖  袁晓东

固体热容激光器是针对固体激光器在高平均功率状态工作时，无法快速解决晶体中由废热导致的增益介质应力破坏问题而提出的一种解决办法。其优势主要在于短的脉冲群时间和高的脉冲群能量。对于氙灯泵浦的片状热容激光器来说，激光发射的重复频率是其发展的一个瓶颈，因此高的单脉冲能量和脉冲群能量是一个新的发展方向，而且更加注重的是脉冲群能量。基于对布鲁斯特角构形的片状激光器的研究与认识，研制了V形有源镜构型激光器，改善了布氏结构介质对泵浦光的吸收效率低和动态热退偏损耗的影响。同时为了达到设计要求，考察了激光输出能量/功率、激光束质量以及材料在激光发射过程中的应力影响。

针对研制的V形有源镜构型激光器，通过实验考核和验证，为向更高功率发展提供了一些有益的设计参数和实验数据。主要进展包括：(1) 研制了基于双色膜V形有源镜高功率激光器，在5 ms泵浦脉冲条件下，获得了较高的增益，小信号增益系数达到7.22×10-2 cm-1，输出单脉冲最高能量46 J，系统斜效率达1.3%，总体电光转换效率1.2%；(2) 验证了双色膜技术，激光器单程透过率为90.4%，平均每个面损耗约0.6%，为向更大规模、更高功率发展奠定了技术基础；(3) 使用角锥棱镜做腔内光束校正，在光束满口径输出情况下，提高了平凹谐振腔输出的光束质量，改善了激光束的远场；(4) 在2 ms泵浦脉冲泵浦条件下(激光单发输出能量约18 J)，激光器重复频率工作5 s，输出能量下降24.5%，对激光输出下降原因进行了初步实验研究；(5) 初步验证了多模块谐振腔纵向定标放大的可能性：在相同泵浦条件下，激光器输出功率随模块数量的增加成比例增长。

结果表明，多模块V型有源镜构形激光器具有较低的腔内损耗，更高的系统效率，适合于高平均功率运行，并具有向高功率定标放大的潜力，但是稳腔条件下高阶模的光束质量仍不理想。