基于平面波导结构Nd:YAG的高效率1319nm激光放大技术研究

Laser operating at 1319 nm plays very important roles in sodium beacon, laser display, laser medical treatment, fiber communications, environment monitoring, and so on. Nowadays, most 1319 nm laser is released from Nd:YAG rod laser media, which suffered severe thermal effect, and the improvement of output power was restrained. Due to the low emission cross section of 1319 nm in Nd:YAG, which is one third of that of 1064 nm in Nd:YAG, so the 1319 nm conversion efficiency is very low in laser amplifier. In view of the serious thermal effect and low conversion efficiency of 1319 nm in traditional bulk Nd:YAG, we propose an efficient 1319 nm laser amplifier by means of planar waveguide Nd:YAG. The thermal effect in planar waveguide laser medium could be neglected, and the performance of output laser is independent of the pulse repetition frequency. Besides, the special structure of planar waveguide Nd:YAG provides high gain and output power with high efficiency. Based on theoretical analysis and experiment design, 1319 nm planar waveguide laser amplifier will be studied, and the key technologies will be solved. Finally the efficient 1319 nm amplification will be released, and theory and technology will be provided for power scaling.

1319nm激光在钠信标、激光显示、激光医学、光纤通信和环境监测等方面有非常重要的应用价值和前景。目前，大部分1319nm激光是在棒状Nd:YAG上实现，高功率泵浦下存在着严重的热效应，限制了功率进一步提高。由于1319nm的发射截面只有1064nm的三分之一，因此1319nm激光放大器的效率都比较低。针对传统块状Nd:YAG获得1319nm激光热效应严重和转换效率较低的现状，本项目创新性得提出采用平面波导结构Nd:YAG实现高效率的1319nm激光放大输出。采用平面波导结构的激光增益介质，热效应可以忽略。平面波导结构Nd:YAG对1319nm实现高增益，获得高效率激光输出。基于理论分析和实验设计，开展1319nm平面波导Nd:YAG放大器的实验研究，解决各项关键技术，最终实现高效率的1319nm激光输出，为其定标放大提供理论和技术基础。

1319nm激光在钠信标等方向有重要应用需求和应用前景，目前1319nm全固体激光主要是通过棒状和板条Nd:YAG实现。但Nd:YAG中1319nm的发射截面只有1064nm的1/4，所以棒状和板条Nd:YAG 1319nm激光放大器中存在热效应严重和效率较低（不超过10%）的问题。本项目基于这个问题，采用平面波导结构Nd:YAG开展高效率1319nm激光放大技术研究。.本项目主要开展了三方向的研究内容：1319nm平面波导Nd:YAG放大器的理论分析与实验设计，1319nm平面波导Nd:YAG放大器的实验研究和高掺杂Nd:YAG平面波导中的能量上转换对1319nm激光性能的影响。.通过理论和实验研究，采用主振荡功率放大（MOPA）结构，以1319nm谐振腔为种子源，Nd:YAG平面波导作为放大器。通过对比，后端泵浦的放大效率高于前端泵浦的放大效率。对比了相同峰值功率下，不同脉宽的种子光的放大效果。激光器在50Hz工作时，注入种子光能量为58mJ，脉宽430μs，峰值功率135W。经过放大获得了166mJ的1319 nm激光放大输出，其中最大光光效率20.1%，有效光光效率25.1%。这是目前能查询到的最高的1319nm激光放大效率。.通过建立平面波导结构中的荧光传输路径模型，掌握1319nm平面波导激光放大器中ASE的抑制方法。针对实验中出现的超高增益Nd:YAG增益中非主峰提取导致的ASE，提出一种新的增益介质构型，采用Nd和Sm双掺的YAG，将实现单块材料上的1319nm激光更高效率和更高输出功率。

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