四镜折叠腔激光器腔内倍频束腰研究

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1、第24卷第2期深圳大学学报理工版Vol124No122007年4月JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGApr12007文章编号:100022618(2007)0220154205四镜折叠腔激光器腔内倍频束腰研究1,2112秦琬,杜晨林,阮双琛,王云才(1.深圳大学电子科学与技术学院,深圳518060;2.太原理工大学物理系,太原030024)摘要:基于传输矩阵理论,针对半导体激光端面抽运的四镜折叠腔腔内倍频固体激光器,数值分析了谐振腔中倍频分臂的束腰尺寸和位置与腔参量的关系.分析表明,选择较小曲率

2、半径的后端镜以及适当缩短谐振腔倍频分臂的长度,均可以减小倍频分臂中激光的束腰半径,同时也会使束腰位置更靠近后端镜;其他分臂的长度变化对束腰尺寸影响不大,但可改变束腰的位置.较小的束腰半径有利于获得较高的二次谐波转换效率,但若束腰距离后端镜过近,在高功率运转情况下,容易损伤后端镜表面薄膜.关键词:固体激光器;四镜折叠腔;腔内倍频;端面抽运;束腰中图分类号:TN242;TN24811文献标识码:A腔内倍频是目前激光二极管(LD)抽运固体曲率半径为R1,折叠镜M2、M3的曲率半径分别为[124]激光器产生二次谐波输出的最常用方法.二次R2、R3,后端镜M4的曲率

3、半径为R4,在端面抽运下谐波的转换效率主要与倍频晶体的有效非线性系的激光晶体可近似看作焦距为f的热透镜.假设热数、倍频晶体长度、相位匹配情况以及通过倍频晶透镜中心在激光晶体的中心,M1与f间的距离为L1,体的基频光功率密度等有关,前三者可以在谐振腔f与M2间的距离为L2,M2与M3间的距离为L3,M3与设计之前,通过合理选择倍频晶体的种类和长度,M4间的距离为L4,θ为折叠镜M3处的折叠半角.若采用合适的相位匹配方式以及准确的相位匹配角度不考虑像散因素,根据ABCD传输矩阵理论,以切割来实现优化,后者则需要在谐振腔的设计中使M1为参考面,则腔内单向传输矩阵

4、为基频光在倍频晶体处具有一个较细的束腰,从而获10ab1L41L310得较高的光功率密度,提高倍频效率.在腔内倍频=2cd01-10101情况下,四镜折叠腔(Z型腔)具有模参数调整灵R3活、腔内有效空间大、容易实现双向倍频单向输101L21L1出、可以将倍频过程与激光介质隔离等优点,在高1.(1)01-101[526]f功率腔内倍频激光器中获得了广泛的应用.本文针对激光二极管端面抽运的四镜折叠腔Nd∶Gd2VO4/LBO红光激光器,根据传输矩阵理论,着重分析了谐振腔内分臂长度、腔镜曲率半径等对倍频束腰尺寸和位置的影响,对四镜折叠腔的倍频激光器优化腔参量、提

5、高倍频效率具有一定的参考价值.1理论模型图1四镜折叠腔考虑如图1所示的Z型腔.设抽运端镜M1的Fig11Four2mirrorfoldedcavity收稿日期:2007201201基金项目:广东省科技计划资助项目(2004B16001210);广东省自然科学基金资助项目(04300858);广东省高等学校自然科学重点研究项目(05Z019);深圳市科技计划资助项目(200429)作者简介:秦琬(19842),男(汉族),河南省新乡市人,深圳大学与太原理工大学联合培养硕士研究生.E2mail:tylgqinwan@1631com通讯作者:阮双琛(19632)

6、,男(汉族),深圳大学教授、博士生导师.E2mail:scruan@szu1edu1cn©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第2期秦琬,等:四镜折叠腔激光器腔内倍频束腰研究155谐振腔的稳定性参量g1、g2分别为bg1=a-,(2)R1bg2=d-.(3)R2抽运端镜M1和后端镜M4处的光斑半径分别为λ2bg22ω1=·,(4)π21-(2g1g2-1)λ2bg12ω4=·.(5)π21-(2g1g2-1)激

7、光晶体处的基模半径为22L1λL1ω0=ω11-+.(6)2R1πω1在L4分臂中,与M4距离为L5处的光束半径为22L5λL5图21342nm激光输出功率随L4分臂长度变化情况ω5=ω41-+.(7)2Fig12Measured1342nmoutputpowerR1πω2versusvalueofL4为使激光器稳定运转,谐振腔须满足的稳定性条件为为使腔内有足够空间插入Q开关和倍频晶体,0

8、50mm和50mm时,L4分臂光束束腰半径大小和位置为使谐振腔可以