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1、第15卷 第10期强 激 光 与 粒 子 束Vol.15,No.102003年10月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSOct.,2003文章编号:100124322(2003)1020963203X高功率二极管泵浦腔内倍频激光器1,2122222姚震宇, 吕百达, 高剑蓉, 童立新, 卓有福, 张 雷, 蔡 震(1.四川大学激光物理与化学研究所,四川成都610064;2.中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900) 摘 要:成功研制了一台高功率二极管泵浦声光Q开关腔内倍频Nd:YAG激光器。
2、当泵浦功率约为350W时,采用透过率为30%的输出耦合镜,调Q激光输出功率32.5W,脉宽约200ns,重复频率7kHz;采用Ⅱ类匹配KTP晶体腔内倍频,获得了32.5W的绿光输出,脉宽约120ns。输出光束平滑,远场为类高斯分布,测得的光束质量因子为3.6。 关键词:高功率; 二极管泵浦; 腔内倍频激光器 中图分类号:TN248文献标识码:A 二极管泵浦腔内倍频激光器是一种非常有用的可见激光光源,在许多领域都有非常广泛的应用,如:材料精密处理、干涉计量、泵浦可调谐钛宝石激光器、生物医学、光谱学、信息存储等。众所周知,倍频效率
3、随入射基波功率密度的增大而增大,因此对连续波或高重复频率激光,由于功率密度很低,因而倍频转换效率非常低。将倍频晶体放入激光谐振腔内是解决这一问题的有效手段。但是,在腔内插入倍频晶体后,由于非线性过程中[1]的纵模和频效应和交叉饱和,将产生所谓的绿光问题,激光器的稳定性将大大变差。改进激光器设计,减小这些非线性效应的影响可以显著提高激光器性能。20世纪80年代以来,随着KTP,LBO等新的非线性晶体的出现和二极管泵浦技术的发展以及绿光问题的研究,腔内倍频激光器取得了非常显著的进展,目前国内华北[2]光电技术研究所获得了平均功率68W的
4、声光调Q腔内倍频绿光输出,光束质量因子约为18;国外已获得了[35]平均功率超过100W的稳定的调Q脉冲绿光输出,光束质量因子约为50。本文采用由半导体温控系统控温的Ⅱ类匹配KTP晶体开展了二极管泵浦腔内倍频激光器技术研究,获得了较高光束质量的绿光输出。1 声光调Q激光输出 实验中使用的高功率二极管激光泵浦模块采用<6mm,掺杂浓度为0.6%的Nd:YAG棒。二极管激光器呈五重对称分布,不经耦合系统直接对棒进行侧泵浦。激光棒套在通水冷却的石英玻璃管内,二极管激光器与激光棒之间的距离设计既保证了二极管发射的激光被棒充分接收,又保证了
5、泵浦光在棒内的均匀分布。为部分补偿激光棒的热透镜焦距,棒两端加工成R=1m的凹面。采用的声光Q开关可在1～10kHz范围内工作,有效通光口径较小,为<2mm,插入损耗较大,关断功率和调Q效率都较低。鉴于该声光Q开关的性能,采用平凹稳定腔,如图1所示,腔长780mm,全反镜采用R=4m的凹面镜,输出镜采用透过率20%的平面镜。根据测得的激光泵浦模块工作电流16A时激光棒的热透镜焦距,由矩阵光学计算得到棒上的基模半径约为Fig1AOQ2switchedintracavity2doubledlaser图1 声光Q开关腔内倍频激光器结构示意
6、图X收稿日期:2003201223;修订日期:2003206227基金项目:中国工程物理研究院科学技术基金资助课题作者简介:姚震宇(19652),男,博士研究生,副研,主要从事高功率二极管泵浦固体激光器研究:绵阳市91921013信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.964 强激光与粒子束 第15卷0.82mm,输出镜上的基模光斑半径约为0.27mm。 当泵浦模块工作电流16A时,泵浦功率约
7、为350W。在未插入声光Q开关之前,输出功率为79.1W;插入声光Q开关和谐波反射镜(对1.064μm,透过率大于99%,对0.532μm,反射率大于96%)后,并在Q开关关闭的状态下,输出激光功率为45.9W。输出功率下降较多是由于Q开关插入损耗较大及有效通光口径限模所致。在声光Q开关打开时,输出镜换成30%透过率的平面镜,30%透过率为计算得到的最佳输出耦合。输出功率随重复频率的变化如图2所示。当重复频率7kHz时,输出平均功率为32.5W,脉宽约为200ns。Fig.2Q2switchedlaseroutputvsrepeti
8、tionrateFig.3Greenoutputpowervsrepetitionrate图2 调Q激光输出功率随重复频率的变化关系图3 绿光输出功率随重复频率的变化关系2 腔内倍频 如图1所示,设计的腔内倍频激光器谐振腔采用直腔,
