摘要
激光清洗是一项新型绿色清洗技术，在汽车模具、航空航天、舰船等领域具有广阔的应用前景。由于当前激光源的输出功率与单脉冲能量普遍偏低，导致清洗效率不高，难以市场化。因此急需高平均功率(＞1kW)、大能量(＞100mJ)、高光束质量(＜20mm·mrad)的高重频纳秒级工业化全固态激光源。本论文针对上述问题及需求，围绕高功率准连续全固态激光的产生和功率扩展技术展开了理论和实验研究，重点研究了高功率振荡器中的声光Q关断问题，非均匀抽运下多模激光的脉宽计算问题以及种子源的脉冲分解问题。 主要研究内容和特色如下: (1)设计了一种在大基模体积下径向和切向偏振光交叉匹配区域工作的谐振腔，获得232W、10kHz、79ns、3.9mm-mrad的种子源输出;针对工业应用，基于MOPA放大技术实现了300μm光纤耦合输出的1kW脉冲激光。 (2)设计了一种窄脉宽谐振腔，通过压缩光子寿命，获得了240W、5kHz、40ns、7.7mm-mrad的种子源输出，基于MOPA放大技术进行功率扩展，实现了5kHz、59.2ns、2024W、16.3mm-mrad的激光输出，功率不稳定度为±0.9％。 (3)提出了一种表征声光Q开关最大衍射损耗的统计方法。对谐振腔不同位置处的光场所包含的声波波前数量即相位光栅线数进行了计算，给出了Q关断状态下漏光功率比率与腔内功率和光栅线数关系的经验公式。 (4)提出了一种脉宽按增益分区计算再卷积计算的脉宽估算方法，将高斯光束按强度分布进行分解，分别计算不同增益区域脉宽，再通过卷积计算得到总脉冲宽度，理论计算值比较接近实验测量值。 (5)提出了一种双声光调Q双脉冲的理论模型。通过精确控制双Q开关的打开延时，当初始增益超过最大损耗时，可获得幅值与间隔均可调的双脉冲激光，实验结果和理论模型相吻合。
NETL