Yb磷酸盐玻璃薄片激光器热效应及输出特性

刘建国  贺少勃  陈远斌  杨  东  刘  勇  王  琳

Yb磷酸盐玻璃激光介质是一种具有非常大吸引力的激光介质。它具有以下特点：(1) 唯一的上激发态，消除了激发态吸收及上转换等不利因素；(2) 高掺杂浓度(约100at%)，小的量子缺陷导致了非常低的热产生及长的激发态寿命(毫秒量级)；(3) 高的饱和储能密度及饱和通量密度；(4) 宽的荧光线宽，可产生飞秒量级的超短光脉冲；(5) 优异的吸收带，可用高功率激光二极管阵列泵浦；(6) 可制作大口径器件。

尽管Yb磷酸盐玻璃激光介质具有上述许多优点，但由于它们的准三能级结构使激光器的性能严重地依赖于激光介质的工作温度，严重制约了激光器输出功率，降低光束质量，甚至使激光介质断裂。

研究二极管泵浦Yb磷酸盐玻璃薄片介质在激光条件下的温度分布、温度梯度、热透镜效应及激光器的输出特性。

   研究结果表明：由于薄片激光器的特定结构，片厚以及纵向的温度梯度使得该种激光器的热透镜效应主要取决于泵浦的不均匀性，因而片的平均温度对激光器的整体性能起着主要的制约。按照模拟条件，在介质的破坏阈值内，室温下该种激光器可以实现连续输出，然而效率较低。模拟了液氮冷却环境下的工作状况，在平均温度低于200 K时，实现了上能级提取效率大于50%。

  选定不同的片口径和片厚模拟了大能量输出时的情况，结果表明，尽管Yb磷酸盐玻璃的抗热冲击常数低于Yb:YAG晶体一个数量级，但通过增大口径，等效提高了可泵浦能量，使得激光器的输出在不造成介质破坏的条件下可以实现大能量输出。

模拟了不同掺杂浓度以及泵浦不均匀对激光器输出光束质量的影响，结果表明，由于泵浦方式和温度梯度的特点，Yb磷酸盐玻璃的大口径可能带来的泵浦不均匀性对激光器光束质量的影响起着主要的作用。