设计了3类8种二极管侧面泵浦结构, 构建了相应的泵浦光学理论模型, 采用有限元分析方法, 计算了不同结构下的吸收效率和矩阵元素标准差。首先, 在给定泵浦总功率、芯片间距、掺杂浓度等前提下, 随着泵浦距离在0~5mm内递增, 8种泵浦结构中激光晶体的吸收效率呈降低趋势, 矩阵元素标准差也逐渐减小, 其中部分结构在近距离(0~0.3mm)泵浦时矩阵元素标准差变化程度较大, 在实际应用中应避免泵浦距离处于近距离区间。其次, 在相同结构参量下, 随着晶体掺杂浓度在0.6%~1.0%内增加, 激光晶体的吸收效率提高, 同时, 掺杂浓度提升也是造成截面中心峰值降低或半径方向上光场凹陷的原因。因此, 掺杂浓度和泵浦距离的匹配将是提升半径方向上均匀性分布的有效手段。

设计完成了一种适用于宽温度范围内的无制冷被动调Q固体激光器。根据激光二极管(LD)输出波长随温度漂移的特性, 对不同波长叠加组合, 实现了20 ℃范围内808 nm泵浦光的稳定输出。优化了泵浦源结构并通过Ansys软件进行稳态热模拟仿真, 结果表明其可以实现自然冷却。依据泵浦能量及材料参数, 确定了最优的输出镜反射率和饱和吸收体初始透过率分别为28%和34%, 被动调Q后的单脉冲输出能量模拟值为9.8 mJ, 脉宽为9 ns。通过实验, 在35~55 ℃温度范围内, 自然冷却条件下获得了单脉冲能量8.6 mJ、脉冲宽度10.2 ns的1064 nm激光输出, 单阵列功率不稳定性低于5%, 阵列切换时功率不稳定性低于12%。

针对高功率全固态激光器抽运源的需求, 开展了808 nm连续1500 W阵列激光器封装技术研究。理论上从封装应力、封装热阻和光束整形等三方面分析了大功率激光器封装的要求。解释了封装应力来源、表现和缓解途径; 模拟了微通道热沉结构的封装散热效果云图; 指出了光束整形的必要性以及与封装残余应力的关系。技术上通过研制铟/金复合焊料体系, 配合控制烧焊曲线和烧焊过程, 得到了良好的烧焊效果; 结合设计使用高精度光束整形装配夹具, 实现阵列平均“smile”值2 μm, 发散角6 mrad的实验效果。