LD泵浦Nd_GdVO_4蓝光激光器动态热稳定腔设计
dω = 0
(2)
df
当谐振腔在某一状态下满足热不灵敏条件，ω便不会随着 f 的稍稍变化而大幅改变，ω的基本稳定又会 使 f 基本稳定在某一数值上，因此便能达到一种动态稳定的状态，从而提高激光的输出功率稳定度。
针对图 2 所示的直腔型谐振腔结构，容易得到其 ABCD 传播矩阵：
⎡A B⎤
⎢⎣C D⎥⎦ = M L1 × M h1 × M f × M h2 × M L2 × M R2 × M L2 × M h2 × M f × M h1 × M L1 × M R1
根据上述数据及式(1)，当其它参量确
1 400
定后，热透镜焦距与泵浦光功率将成反比
1 200
Theory value
关系。利用 MATLAB 软件即可得出热透
1 000
镜焦距与泵浦光功率的关系曲线图。为了
800
更好的了解上述理论模拟的正确性，我们 采用了谐振腔稳定性法[8-9]对 Nd:GdVO4 晶体的热焦距进行了测量。从测量结果来 看，与理论计算值基本相符，热透镜焦距 与泵浦光功率两者关系如图 3 所示。
(h1=h2=L0/2n，L0 is the length of the crystal，n is the refractive of the crystal)
由于只是泵浦光的功率较高，泵浦光聚焦在激光晶体上会产生明显的热透镜效应，而经过激光晶体后， 产生的激光以及剩余的泵浦光能量并不算大，所以可以忽略 KTP 晶体及 LBO 晶体的热透镜效应，我们可 以将图 1 的结构等效为图 2。
收稿日期：2010-06-18；收到修改稿日期：2010-08-17 基金项目：广东省科技特派员专项(2009B090600040)；省院产学研合作项目(2009B091300072) 作者简介：朱思祁(1985-)，男(汉族)，广东广州人。硕士，主要从事激光技术研究工作。E-mail: zhusiqi677@。 通信作者：陈振强(1965-)，男(汉族)，河南人。博士，研究员，博士生导师，主要从事激光技术与激光器件研究。E-mail:tzqchen@。
晶体的泵浦光功率超过 10 W，其热透镜焦
距将迅速减小，热透镜效应相当明显，因此高泵浦功率的情况下不能忽略热透镜效应对激光的影响。
3 基模动态热稳定腔设计
根据前面的热效应分析，我们假设产生激光后腔内基频基模光束聚焦在 Nd:GdVO4 晶体热透镜主平面 上的光斑大小为ω，而热透镜的焦距为 f，我们要实现动态热稳定事实上就是要使 f 在某一区域内变化时， ω不会发生明显变化，也就是说要ω对热不灵敏。Steffen 等人提出的基模动态稳定腔的相关理论将热不灵敏 条件定义为
第 37 卷第 11 期 2010 年 11 月
光电工程
Opto-Electronic Engineering
Vol.37, No.11 Nov, 2010
文章编号：1003-501X(2010)11-0043-05
LD 泵浦 Nd:GdVO4 蓝光激光器 动态热稳定腔设计
朱思祁 1，付乔克 1，李安明 1，陈振强 1,2
0引言
固体蓝光激光器在激光显示、高密度存储、激光制冷、海底通信及探测方面均有重要的应用。当蓝光 激光器作为检测或者通信设备时，要求其输出功率有相对较高的稳定性，但常用的蓝光激光器中作产生基 频激光的 Nd:YVO4 晶体、Nd:YAP 晶体及 Nd:GdVO4 晶体其热传导率均较小[1]，在高功率泵浦的情况下容 易产生热透镜效应，热透镜的形成将改变腔内的光束情况，导致激光晶体上的基模激光光斑的大小发生变 化，从而使得激光输出功率的不稳定。
(1. College of Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China; 2. Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies,
R1、R2、h1、h2 这几个参数有关。 由于晶体尺寸是确定的，因此 h1、h2 也随之确定下来，要设计出动态热稳定的谐振腔，便是要选择适
44
光电工程
2010 年 11 月
早在 1972 年，Steffen 等便提出了基模动态稳定腔(DSRs)的概念[2]，并由 Magni 等[3-4]提出了动态稳定 凹凸腔的设计方法。随着计算机技术的发展以及各种专业软件的问世，使 DSRs 的设计更具灵活性及可调
节性。本文根据基模动态稳定腔的基本原理，利用计算机软件的辅助，改进了设计方法，使其设计不再局
4.7×10-6
Size of crystal/mm 4×4×6
第 37 卷第 11 期
朱思祁 等：LD 泵浦 Nd:GdVO4 蓝光激光器动态热稳定腔设计
45
实验中经耦合透镜聚焦到激光晶体上的泵浦光光斑大小约为ωp=0.25 mm，采用的 Nd:GdVO4 晶体规格 和参数如表 1 所示。
Thermal lens focus/mm
限于凹凸腔，而且不再需要事先设定谐振腔长度与及热稳定工作点的基模光斑半径。
1 直腔型三倍频激光器结构
直腔式结构是激光谐振腔设计中常用结构方式之一。本实验室已成功开发了一款直腔型三倍频蓝光激 光器并已申请专利[5]，而据资料显示，现在已有关于利用直腔型谐振腔设计并实现脉冲峰值功率达 800 W 的三倍频调 Q 蓝光激光器[6]，典型的直腔型三倍频激光器结构如图 1 所示。
2 热透镜效应分析
根据 Innocenzi 等[7]提出的 LD 端面泵浦的固体激光器中热透镜的理论模型，给出了热透镜与泵浦功率
之间的关系如下：
f = thermal
πK
Cω
2 p
dn
1
(1)
Pph
(
dt
)[ 1
−
exp(−ατ
)
]
如果设耦合到激光晶体上的泵浦光功率为 Pin，泵浦波长为λp，激光波长为λ，则泵浦光中转换为介质 的热载荷的功率 Pph = (1 − λp/λ) × Pin 。对于 Nd:GdVO4 而言，用λp=808 nm 的半导体激光器进行泵浦时，产 生λ=1 341.9 nm 的激光，则有 Pph=0.4Pin，式(1)中ωp 为泵浦光的光斑半径，dn/dt 为晶体的光热系数，τ为晶 体长度，α为激光晶体的吸收系数。
LD
Nd:GdVO4
SHG
THG
L1
L2
M1
M2
M1
L0
M2
h1
h2
图 1 直腔型三倍频蓝光激光器
图 2 直腔型三倍频蓝光激光器谐振腔等效图
Fig.1 Linear cavity third harmonic generation blue laser
Fig.2 Linear third harmonic blue laser cavity equivalent diagram
当泵浦光功率较小的时候，Nd:GdVO4 晶体的热透镜效应并不明显，但当耦合到6Fra bibliotek0400
200
Experimental value
0 0 10 20 30 40 50 60
Pump power/W
图 3 热透镜焦距与泵浦光功率关系
Fig.3 Relationship between focal length of thermal lens and power of pump
( 1. 暨南大学 理工学院，广州 510632; 2. 光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室(暨南大学)，广州 510632 )
摘要：为了提高 Nd:GdVO4 晶体直腔式蓝光激光器的热稳定性，本文在分析了端面泵浦情况下 Nd:GdVO4(钒酸钆) 晶体的热透镜效应，着重讨论了 447 nm 蓝光激光器的输出功率波动与热透镜焦距之间的关系。与此为依据，在
采用热传导率相对较高的 Nd:GdVO4 晶体作为激光晶体，其热传导率约为 11.7 W/m⋅K，倍频晶体及三 倍频晶体分别采用 KTP 及 LBO，采用端面泵浦方式，泵浦光源为 808 nm 半导体激光器，输入镜 M1 高透 808 nm 光波，高反 1 341.9 nm、670 nm 及 447 nm 光波，输出镜 M2 高透 447 nm 光波且高反 670 nm 及 1 341.9 nm 光波。
传统基模动态稳定腔设计方法基础上加以改进，借助 MATLAB 数学软件及 Matrix Laser 谐振腔设计软件，通过对
谐振腔腔长、输入和输出镜曲率半径及腔内各个元件所处位置等参数进行优化。通过模拟及实验结果证明按此方
法所设计的谐振腔具有良好的动态热稳定性。
关键词：热透镜效应；动态热稳腔；蓝光激光器；钒酸钆晶体
(3)
式中：
⎡1 M L1 = ⎢⎣0
L1 ⎤
1
⎥ ⎦
；
M h1
=
⎡1 ⎢⎣0
h1 1
⎤ ⎥ ⎦
；
M
f
⎡1 = ⎢−1
⎢⎣ f
0⎤ 1⎥⎥⎦
； M h2
=
⎡1 ⎢⎣0
h2 1
⎤ ⎥ ⎦
；
⎡1 M L2 = ⎢⎣0
L2 ⎤
1
⎥ ⎦
；
M R1
=
⎡1 ⎢− 2 ⎢⎣ R1
0⎤
⎡1
1⎥⎥ ； M R2
⎦
= ⎢−2 ⎢⎣ R2
中图分类号：O436；TN248
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2010.11.008
Design of LD Pump Nd:GdVO4 Blue Laser Dynamic Stable Resonator
ZHU Si-qi1，FU Qiao-ke1，LI An-ming1，CHEN Zhen-qiang1,2
LD泵浦Nd_YVO_4_LBO临界相位匹配腔内倍频瓦级绿光激光器
0
引言
半导体泵浦激光器作为一种新型激光器, 以其
体积小、 效率高、 光束质量好、 性能稳定、 寿命长等特 点在国内外得到了日益广泛的关注 而 LD 泵浦全 固态绿光激光器在检测、 干涉测量、 全息、 无损检测、 DNA 排序以及激光演 示等方面 都有广泛 的应用 目前, 国际上全固态绿光激光器正在向高性能和大 功率方向发展 一般地 , 瓦级连续输出的 LD 泵浦全固态绿光 激光器均采 用 KTP 或者非 临界 相位匹 配 ( 温度 匹 配) LBO 作为倍频晶体来获得 KTP 晶体具有非 线性系数大、 允许角大、 走离角小、 倍频效率高等优 点, 广泛用于 1064 nm 的倍频 , 但在高功率密度激光 的长期作用下, 晶体中的 Ti4+ 会得到一个电子变成 Ti , 产生肉 眼可见的 所谓 ∀ 灰线 ( gray tracks) # 灰线一旦形成, 会大量吸收传播光束, 导致产生晶体 损伤、 倍频效率降低、 激光器输出功率下降等一系列 后果 , 极不利于全固态绿光激光器的长期稳定运转 ; 而以非临界相位匹配 ( 温度匹配 ) 的 LBO 作 为倍频 晶体时 , 虽然消除了走离效应而获得了较高的倍频 效率, 但需要在 158 ∃ 的高温下才能工作, 此时 LBO 必须放在恒温箱里 不利于产品化
示 泵浦源为最大输出功率 10 W 的光纤耦合输出 半导 体阵 列激 光器, 25 ∃ 下输出 中心 波长 为 806. 6 nm; 经 准直 聚 焦 系统 ( 传 输 耦 合效 率 约 为 80% ) 会聚成 200 ∀ m 的泵浦光斑 , 注入到 Nd YVO4 工 作物 质 中, Nd YVO4 晶 体 采 用 a 轴 切 割, 掺 杂 浓 度 为 0. 7atm % , 尺 寸 为 3 % 3 % 5mm3 , 其 左 端 镀
LD泵浦的声光调Q高重复率Nd∶GdVO_4激光器
LD泵浦的声光调Q高重复率Nd∶GdVO_4激光器
孙渝明;侯学元;李宇飞
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2004(33)6
【摘要】报道了利用LD泵浦、1.0 6 μm声光调Q准连续Nd∶GdVO4 激光器的输出特性当泵浦功率为 4 .15W ,重复率为 4 0kHz时 ,获得的最大平均输出功率为 1.4 6W ,光光转换效率为 35 .1% ,斜效率为 4 4.2 % 在重复率为 10kHz时 ,获得了最短脉宽 2 4ns ,最大单脉冲能量为6 3.2 μJ ,相应峰值功率为 2 .6
【总页数】3页(P645-647)
【关键词】半导体激光器;泵浦;Nd:GdVO4;晶体;声光调Q
【作者】孙渝明;侯学元;李宇飞
【作者单位】山东大学信息学院光学系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.LD泵浦高功率高斜效率Nd:YVO4声光调Q激光器 [J], 余锦;张雪;刘洋;樊仲维;赵天卓;麻云凤;张晶;王培峰
2.高重复频率LD侧面泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器 [J], 王卫民;杨成龙;陈津燕;唐淳;杨森林;廖银燕;邵英斌;吕百达;蔡邦维
3.LD泵浦N d∶GdVO_4/GaAs被动调Q激光器研究 [J], 杜晨林;阮双琛;于永芹;
秦连杰;邵宗书;孟宪林
4.LD侧面泵浦Nd∶GdVO_4电光调Q激光器研究 [J], 李久喜;金煜坚;王鹏飞;冯江;李强
5.高重复率LD泵浦电光调Q全固态1064nm激光器的实验研究 [J], 王良甚;郝劲波;张频;王艳阳
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
LD侧面泵浦Nd_GdVO_4532nm绿光激光器_毛鑫
（ ） Ｌ ｕ ｏ ａ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ ＡＶ Ｉ Ｃ， Ｌ ｕ ｏ ａ ｎ ４ ７ １ ０ ０ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ －Ｏ ｙ ｇ ｐ ｑ ｐ ｙ ｇ
引言
高功率窄脉宽 ５ 激光 ３ ２ｎ ｍ 激光在 激光医 疗、
］ １ ４ － 。目 测距 、 频率变 换 研 究 等 领 域 成 为 研 究 热 点 ［
得高功率非偏振 １ 但是如果采 ０ ６ ４ｎ ｍ 激 光 输 出， 用该方式获得偏振 １ 需要加入偏振 ０ ６ ４ｎ ｍ 激 光， 器件 。 由于高功率泵 浦 Ｎ ｄ∶ＹＡＧ 情 况 下 会 产 生 较大的热透镜效应 ， 加 上 偏 振 振 荡， 输出光束发生 严重畸变 ， 导致输出功率不稳定或输出功率急剧 下降 。Ｌ Ｄ 泵浦 Ｎ ｄ∶ＹＶＯ ｄ∶Ｇ ｄ ＶＯ ４ 和 Ｎ ４ 采用 调 Ｑ 技术 ， 均可以获得高功率偏振 １ ０ ６ ４ｎ ｍ 激光 但是 Ｎ 输出 ， ｄ∶Ｇ ｄ ＶＯ ｄ∶ＹＶＯ ４ 与 Ｎ ４ 相比具有 较小 的 热 效 应 ， 主要原因 Ｎ ｄ∶ Ｇ ｄ ＶＯ ４ 晶 体 是
： ， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｏ ａ ｃ ｕ ｉ ｒ ｅ ｈ ｉ ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ ｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｗ－ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ５ ３ ２ｎ ｍ ｒ ｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｗ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｏ ｏ ｔ ｉ ｃ －ｐ － ｑ ｇ ｇ ｐ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ Ｑ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｓ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ － ｇ ｙ ｇ ｙ ｇ ｐ （ ） Ｌ Ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ Ｎ ｄ ∶Ｇ ｄ ＶＯ ａ ｓ ｅ ｒ ｔ ｏ ｈ ｉ ｈ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｌ １ ０ ６ ４ｎ ｍ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｕ ｍ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｗ ｅ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ －ｐ －ｐ － ｇ ｙ ｐ ｇ ｐ ４ｌ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｈ ｉ ｈ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｕ ｔ ｂ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ＫＴ Ｐ ｕ ｔ ．Ｗ ｅ ｏ ｗ ｅ ｒ ｒ ｅ ｅ ｎ －ｐ － ｇ ｐ ｙ ｙ ｑ ｙ ｇ ｐ ｇ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ．Ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ３ ０Ａａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｑ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ － － ｑ ｙ ｐ ｑ ｙ ， ｗ ａ ｓ １ ０ｋ Ｈ ｚ ｗ ｅ ｔ ｈ ｅ １ ０ ６ ４ｎ ｍ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｕ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｏ ｆ ３ ０ Ｗａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｇ ｐ ｐ ， ｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｗ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ３ ０ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ５ ３ ２ｎ ｍ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｕ ｔ ｆ ｒ ｏ ｍ ＫＴ Ｐ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｒ ｅ ｅ ｎ ｇ ｐ ｙ ｏ ｗ ｅ ｒ ｏ ｆ ２ ３． ４ Ｗ． Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｆ １ ０ ６ ４ｎ ｍ ｔ ｏ ５ ３ ２ｎ ｍ ｗ ａ ｓ ７ ８％． Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｐ ｙ ｐ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｏ ｏ ｔ ｉ ｃ Ｑ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｌ Ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｕ ｍ ｅ ｄ Ｎ ｄ ∶Ｇ ｄ ＶＯ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｎ － － －ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ４ｌ ， ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｍ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｈ ｉ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ １ ０ ６ ４ ｎ ｍ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｇ ｙ ｇ ｐ ｑ ｙ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ ５ ３ ２ｎ ｍ ｒ ｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｏ ｕ ｔ ｕ ｔ ｂ ＫＴ Ｐ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ． －ｐ － ｇ ｇ ｐ ｙ ｑ ｙ ： ； ；Ｎ ： Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｌ Ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｈ ｉ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｄ Ｇ ｄ ＶＯ ４； ＫＴ Ｐ ｕ ｍ ｅ ｄ －ｐ ｇ ｐ ｑ ｙ ｐ ｙ
LD泵浦高功率高斜效率Nd_YVO4声光调Q激光器
at d ifferen t ou tpu t coupler tran s m ittance 图 3 不同透过率下 , 脉冲宽度与重复频率的关系
differen t ou tpu t coup ler trans m ittance 图 4 不同透过率下 , 峰值功率和重复频率的关系
此外, 即使在相同的泵浦和谐振腔结构下 , 由于不同的输出镜透过率影响了谐振腔的能量存储与提取 , 导 [ 11 12] 致激光晶体热效应产生差别, 从而对激光器输出光束质量会产生一定影响 。实验测量了输出光束的光束 质量, 在透过率较低情况下 ( T = 25 % , T = 30 % ) , 调 Q 后的光束质量因子 M 因子反而比连续时大。原因是在 输出耦合率较低时, 对激光棒内存储的能量提取不够, 导致热效应加剧, 因此输出光束质量变差。综合考虑后 实验中选取透过率为 35% 的输出耦合镜。图 5为泵浦电流 56 A 下时调 Q 状态下脉冲宽度和平均功率与重复 频率的关系。从图中可以看出 , 随着脉冲重复频率的提高, 平均输出功率增大, 脉冲宽度增加。
Fig . 1 E xperi m en tal schem at ic of the LD end pump ed Q sw itched N d: Y VO4 laser 图 1 LD 端面泵浦的 N d : YV O4 声光调 Q 激光器实验装置图
由光纤输出的泵浦光经过放大率为 1 3的耦合系统后, 入射至尺寸为 3 mm 3 mm 15 mm 的 a 轴切割 3+ 双端键合 Nd : YVO4 晶体内。 N d : YVO4 晶体两端分别是长度 1 . 5 mm 的无掺杂晶体 , 中部 Nd 离子掺杂原子 分数为 0 . 25 % 。晶体两端镀对 1 064 nm 和 808 n m 的双色增透膜 , 侧面用铟箔包裹, 置于循环水冷却的紫铜
LD泵浦Nd：GdVO4三能级激光跃迁研究
满、 波长更 短 、 子能量更 大 、 光 光点 面积更小 等优 点， 其在 高密度 数 据存 储 、 光彩 色显示 、 下通 讯 、 使 激 水 海洋 资源探 测和 光量子 学分 析上 有着 更为 广 阔的应 用前景 ． 了得 到波 长更短 的蓝光 输 出， 对 Ｎ ： 为 这里 ｄ Ｇ ＶＯ 和 Ｎ ：Ｖ ｄ ｄ Ｏ 晶体 中实 现 ８ ０ ｍ 左 右 的三 能级跃迁 激 光振 荡 的相 关条 件作 了研究， 结 果对 于 Ｙ ８ｎ 其 获得这 一波 段的激 光具有 参考 意义 ． 众 所周 知， 不 同的 晶体 基 质 中， 在 由于斯 塔 克斯 能级 分裂 不 同，ｄ 的 ４， ４ 跃迁 产生 不 同波长 Ｎ Ｆ Ｉ ，
李 锋 １ ， ， 刘 蓉 ， ２ 张继 良 白晋涛 ，
ｆ 西北 大 学 光 子 学 与 光 子 技 术 研 究所 ， 西西 安 １ ． 陕 ７ ０ ６ ；． 洛 学 院 物 理 系 ， 西商 洛 １０ ９２商 陕 ７６０） ２ ００
摘 要： 目的 研 究 实现 Ｌ Ｄ泵 浦 Ｎ ：ｄ Ｏ 三 能级激 光跃 迁 的相 关条件． 法 实验探 测 分 ｄＧ Ｖ 方
维普资讯
第２ １卷
第２ 期
商洛学院学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｌ ｏ Ｕ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｆ Ｓ ａ ｇｕ ｎ ｖ ｒｉ ｔ
Ｖｏ１２１ － Ｎｏ． ２
２０ ０ ７年 ６月
Ｊ ｎ ２ ０ ｕｅ ０７
Ｌ Ｄ泵 浦 Ｎ ： Ｖ 三能 级激 光跃 迁 研 究 ｄＧｄ Ｏ４
维普资讯
商 洛学 院学 报
２０ 年 ６ ０７ 月
LD单端泵浦Nd：GdVO4声光调Q高重频窄脉宽激光器
ｗｉｔ ｆ１ ． ｎ ． ｖ ｒｇ ｕ ｕ ｏ ｅ ｆ３４ ｎ ｅｋ ｐ ｗｅ ｆ２４ Ｗ ｎ ｔｔｅ ｒｐ ｔ ｏ ａｅ ｄ ｏ ７７ ｓ ａ ｅａ ｅｏ ｔ ｔｐ ｗ ｒｏ ．９ Ｗ ａ ｄ ｐ ａ ｏ ｒｏ ．６ ｋ ａ ｄ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｒｔ ｈ ｐ ｈ ｉ ｉ
ｅ ｄ—ｕ ｅ ｄ Ａ — Ｑ —ｗ ｔｈ ｄ Ｎｄ Ｇｄ ａｅ ａ ｅ ｎ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｌｓｒｏ ｔｕ ｆ ｓｏｔ ｐ ｌｅ ｎ ｐ ｍｐ Ｏ ｓ ｉ ｅ ： ＶＯ４ｌｓｒｈ ｓ ｂ ｅ ｅ ｅｏ ｅ ａｅ ｕｐ ｔｏ ｈ ｒ ｕｓ ｃ ｎ ｈ
ｗｉ ｔ ａ ｔｅ ｅ ｅｉ ｏ ｒｔ ｏ １ ０ ｋ ｉ ｏ ｔ ｉｅ ｄ ｈ ｔ ｈ ｒ ｐ ｔ ｉ ｎ ａｅ ｆ ０ Ｈｚ Ｓ ｂ ａｎ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ａ ｔｅ ｅ ｅｉ ｏ ｒ ｔ ｆ ８ ｋ ， ｐ ｌｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｔ ｈ ｒ ｐ ｔ ｎ ａ ｅ ｏ ０ Ｈｚ ｕ ｓ ｉ ｔ
ＧＶ ｄ Ｏ 声光调 Ｑ 激 光 器 ，实现 了重频 １０ｋ ｚ下 窄脉 宽 激 光输 出。在 重频 为 ８ Ｈ ０ Ｈ ０ｋ ｚ时 ，获得 脉 宽
１ ． ｎ ． 均 输 出功 率 ３４ ， 值 功 率 ２４ Ｗ 和 在 重 复 频 率 为 １ ０ｋ ７７ ｓ 平 ．９Ｗ 峰 ．６ｋ ０ Ｈｚ时 ， 得 脉 宽 １ ． ｓ 平 均 输 获 ９６ ｎ ， 出功 率 ３ ５ ． 值 功 率 １７ Ｗ 的 效 果 。 ．２ Ｗ 峰 ．９ ｋ 关 键 词 ：Ｄ 端 泵 ； Ｌ 中 图 分 类 号 ： Ｎ２ ８ Ｔ ４ Ｎｄ Ｇｄ ： ＶＯ４晶体 ； 文献标 识码 ： Ａ 声光调 Ｑ； 高 重 复 频 率
LD泵浦双调QNd：GdVO4激光器实验研究
实验装置如图 １ 所示 ， 采用结构紧凑的平凹腔 ，
腔 长 约 为 １０ ｍ。 凹镜 Ｍ １ｍ 的 曲率 半 径 为 ２０ ｍ， ０ｒ ａ 靠 近泵 浦源 的一 面镀 ８８ ｍ 增透 膜 ， 近 激 光 晶体 ０ｎ 靠
件 、 ｒ Ｙ Ｇ 晶 体 ， 现 １０ １ 激 光 的 双 调 Ｑ 运 转。 当泵 浦 功 率 为 ７ ７ ， 复 频 率 为 Ｃ４ Ａ ： 实 ．６ｘ ｍ ．ｗ 重 １ｋ ｚ时 ， 到最 短脉 冲宽 度 ２ ｎ， ０Ｈ 得 ０ ｓ单脉 冲 能量 ４ ． 及相 应峰 值功 率 ２２ ｋ 的激 光脉 冲。 ５８ ．９ Ｗ 关键 词 ：ｄＧ Ｖ Ｎ ：ｄ Ｏ 晶体 ； 光调 Ｑ； 动调 Ｑ９ 声 被 ・ 双调 Ｑ
１ 引 言
出 ， 比较 了不 同声 光调 制频 率下 激光 的输 出特性 。 并
２ 实验装 置
近几年 ，Ｄ泵 浦 ห้องสมุดไป่ตู้全 固态 调 Ｑ 激 光 器 发 展 迅 Ｌ
速。全固态激光器的调 口器件具有效率高、 光束质 量好 、 频率稳定、 结构简单 紧凑等优点 ， 引起人们 的 广泛关注 ， 在军事、 医学 、 信息 、 科研等领域的应用 中 都显 现 了较大 的优越 性 。声 光器件 常被 用 于主动 调
中 图分 类 号 ： Ｎ ４ Ｔ ２８ 文献 标识码 ： Ａ
Ｓｕ ｙｏ ｏ ｅＰ ｍｐ ｄ Ｄｏ ｂｅＱ－ ｉ ｈ ｄＮｄ Ｇｄ ｔｄ ｆ ｄ ｕ ｅ ｕ ｌ ｓ ｔ ｅ ： ＶＯ４Ｌ ｓｒ Ｄｉ ｗ ｃ ａｅ
ＧＡＯ Ｌ —ａ ，Ｗ ＡＮ Ｃ ｕ —ｉｇ Ｉ Ｎ Ｗ ｅ — ａ ，Ｌ Ｕ Ｓ ｉ ｕ Ｗ ＡＮＧ Ｇ ａ ｇ ｇ ｎ ，ＬＵ Ｊｅ ｉ ｎ ｙ Ｇ ｈ ｎｘｎ ，Ｔ Ａ ｎ ｍｉｏ Ｉ ｈ — ａ， ｈ ｕ ｎ —ａ ｇ Ｉ ｉ
880+nm+LD+泵浦+Nd：GdVO4混合腔激光器1.34μm+实验研究
880nm LD 泵浦Nd:GdVO 4混合腔激光器1.34μm 实验研究崔丽1，胡文华1，张恒利2，王燕辛1，张亦卓1，李忠建1(1.中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，北京100024；2.北京理工大学光电学院，北京100081)摘要:将880nm 上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔结构结合，对Nd:GdVO 4晶体的1342nm激光输出特性进行了实验研究。
采用正支离轴混合谐振腔，4-bar 中心波长为880nm 的激光二极管列阵作为泵浦源，在泵浦功率为178W 时，激光输出功率为26.3W ，斜效率和光-光转换效率分别为27%和14.8%。
在20W 输出功率时非稳腔和稳腔方向的M 2因子均为1.3。
结果表明：由于采用了上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔结构，相对于目前同等输出功率级别的端面泵浦Nd:GdVO 4激光器，光束质量得到很大提高。
关键词:激光二极管端面泵浦；Nd:GdVO 4板条激光器； 1.34μm ；880nm LD 中图分类号:TN248.1文献标志码:A文章编号:1007-2276(2014)08-2404-03Experimental study of 880nm laser -diode end -pumped Nd:GdVO 4laser with hybrid resonator at 1.34μmCui Li 1,Hu Wenghua 1,Zhang Hengli 2,Wang Yanxin 1,Zhang Yizhuo 1,Li Zhongjian 1(1.AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute,Beijing 100024,China;2.Beijing Institute of Technology,School of Optoelectronics,Beijing 100081,China)Abstract:The 880nm LD directly pumping into the emitting level with LD partially end -pumped structure was combined,some experiment was done to study the output characteristic of Nd:GdVO 4laser at 1342nm.An off -axis positive confocal unstable resonator was built up,and a 4-bar laser diode stack which central wavelength was 880nm as pump source was used.26.3W continuous -wave laser power output was gotten under the pump power of 178W,and the slope efficiency and optical -to -optical efficiency were 27%and nearly 14.8%,respectively.At the output power of 20W,beam quality M 2factors were both 1.3in the unstable direction and stable direction.The result showed that by combining 880nm LD directly pumping into the emitting level with LD partially end -pumped structure,beam quality has been greatly improved compared with the same output power level end -pumped Nd:GdVO 4laser.Key words :LD end -pumped;Nd:GdVO 4slab laser;1.34μm;880nm LD收稿日期：2013-12-05；修订日期：2014-01-03作者简介：崔丽(1981-)，女，博士，主要从事固体激光器方面的研究㊂Email:liyushi545@第43卷第8期红外与激光工程2014年8月Infrared and Laser EngineeringAug第8期0引言20世纪70年代，美国航空航天公司电子设备研究实验室的A.W.Tucker等人利用氩离子激光器作为泵浦源，对Nd:YVO4激光晶体进行泵浦，最终获得了0.35W的1.34μm激光输出[1]㊂由此1.34μm 波长激光在很多领域扮演了重要角色，包括光通信㊁激光全色显示以及作为拉曼激光器和其他类型激光器的泵浦源等㊂在过去的十几年中，Nd:YVO4和Nd: GdVO4激光晶体被广泛地用来产生1.34μm激光[2-4]，但由于热效应比较严重，限制了功率升级㊂为了解决这一问题，提出了多种解决方案，其中一种方案是通过优化谐振腔设计来有效的分散或转移热负荷㊂例如，可以采用双端泵浦方式有效地分散热负荷，2008年，周睿等人采用双端泵浦双块Nd: GdVO4晶体，获得了27W的1.34μm激光输出，M2因子为15[5]，次年，基于同样的结构，获得了15.7W 的1.34μm激光输出，M2因子改善为2.4[6]㊂还可以采用板条晶体结合大面冷却结构以快速转移热负荷[7-8]㊂另一种方案是用880nm或888nm激光二极管代替808nm激光二极管作为泵浦源，减少量子亏损，从根本上减少激光晶体内产生的热负荷[9]㊂2009年，Lv等人采用880nm上能级直接泵浦Nd:GdVO4的方式，获得了4.5W的1.34μm激光输出[10]㊂当采用808nm LD泵浦Nd:GdVO4产生1342nm激光时，其量子亏损h q=1-l p/l sʈ40%，约为相同泵浦波长产生1064nm激光时的1.65倍，导致热效应比较严重，限制了功率升级；而采用880nm LD上能级直接泵浦，可以将量子亏损从40%降低到34.4%，这意味着相同泵浦功率下晶体内产生的热负荷减少，从而可以部分缓解激光晶体内的热效应，达到提高输出功率以及改善光束质量的目的㊂文中通过将880nm上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔结构结合最大获得了26.3W1.34μm激光输出，在20W输出功率时非稳腔和稳腔方向的M2因子均为1.3，结果表明，由于采用了上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔结构，相对于目前同等输出功率级别的端面泵浦Nd:GdVO4激光器，光束质量得到很大提高㊂1实验装置和结果文中将880nm上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔结构结合，对Nd:GdVO4晶体的1342nm 激光输出特性进行了实验研究㊂试验中采用的装置如图1所示，图(a)为X-Z平面(非稳腔方向)，图(b)为Y-Z平面(稳腔方向)㊂泵浦源为中心波长约为880nm 的4-bar激光二极管列阵㊂泵浦光整形系统由两组柱面透镜㊁矩形波导和聚焦透镜组构成㊂激光二极管列阵发出的光经过整形系统后，在板条晶体的端面形成~0.5mmˑ12mm的矩形泵浦带㊂采用掺杂浓度为0.5at.%的Nd:GdVO4作为增益介质，晶体尺寸为12mmˑ1mmˑ10mm，晶体沿a轴切割，c轴平行于12mm方向(c//x)；12mmˑ1mm作为晶体的通光面，分别镀有对880nm和1342nm的增透膜；12mmˑ10mm为冷却面，与水冷紫铜热沉通过铟箔紧密接触㊂球面镜M1和柱面镜M2构成正支离轴混合谐振腔，M1和M2的曲率半径分别为R1=415mm和R2=-365mm，在X-Z平面上构成非稳腔，在Y-Z平面上构成稳定腔，正支共焦腔的等效腔长L=(R1+ R2)/2=25mm，考虑到腔内加入激光晶体后需对腔长进行修正，实际腔长约为30mm㊂非稳腔放大率M=|R1/R2|ʈ1.14，对应的透过率为T=1-1/Mʈ12%，因此，非稳腔方向输出光斑宽度dʈaT=1.44mm㊂在球面镜M1的a面镀有880nm的增透膜，在球面镜M1和柱面镜M2的b面镀有1342nm的高反膜和对1064nm的增透膜㊂输出光从柱面镜M2的一侧耦合输出㊂图1880nm LD泵浦Nd:GdVO41342nm正支混合腔板条激光器实验示意图Fig.1Schematic of880nm LD pumped Nd:GdVO4slab laser with positive-branch hybrid resonator at1342nm连续运转输出功率如图2所示㊂在泵浦功率为178W时，激光输出功率为26.3W，斜效率和光-光转换效率分别为27%和14.8%㊂崔丽等：880nm LD泵浦Nd:GdVO4混合腔激光器1.34μm实验研究2405红外与激光工程第43卷图2880nm LD 泵浦Nd:GdVO 41342nm 激光输入-输出特性Fig.2Output power as a function of pumping power for 880nmLD pumped Nd:GdVO 4laser at 1342nm在试验中采用采用刀口法，根据ISO11146-1标准对输出激光在稳腔和非稳腔方向的光束质量进行了测量㊂在输出功率为20W 时测得两个方向的M 2因子均为1.3，结果如图3所示，相对于目前同等输出功率级别的端面泵浦Nd:GdVO 4激光器，光束质量得到很大提高㊂(a)非稳腔方向(a)Unstable direction(b)稳腔方向(b)Stable direction图3输出功率20W 时的光束质量Fig.3Beam quality at output power of 20W2结论为了提高转化效率㊁降低热效应，采用880nm激光二极管作为泵浦源，与部分端面泵浦混合腔板条技术结合，对Nd:GdVO 4晶体在1.34μm 谱线的输出特性进行了实验研究㊂在泵浦功率为178W 时，激光输出功率为26.3W ，在20W 输出功率时非稳腔和稳腔方向的M 2因子均为1.3㊂相对于目前同等输出功率级别的端面泵浦Nd:GdVO 4激光器，光束质量得到很大提高㊂参考文献:[1]Tucker A W,Birnbaum M,Fincher C L,et al.Continuous -wave operation of Nd:YVO 4at 1.06and 1.34μm [J].J Appl Phys ,1976,47(1):232-234.[2]Conroy R S,Kemp A J,Friel G J,et al.Microchip Nd:vanadate lasers at 1342and 671nm [J].Opt Lett ,1997,22(23):1781-1783.[3]Liu J,Ozygus B,Erhard J,et al.Diode -pumped CW and Q -switched Nd:GdVO 4laser operating at 1.34μm [J].Optical and Quantum Electronics ,2003,35(8):811-824.[4]Du C,Ruan S,Zhang H,Yu Y F,et al.A 13.3-W laser -diode -array end -pumped Nd:GdVO 4continuous -wave laser at 1.34μm[J].Appl Phys B ,2005,80(1):45-48.[5]Zhou R,Ruan S C,Du C L,et al.High power continuous -wave diode -end -pumped 1.34-μm Nd:GdVO 4laser [J].Chinese Phys Lett ,2008,25(12):4273-4275.[6]Zhou R,Ruan S C,Du C L,et al.A high -power continuous -wave diffraction -limited Nd:GdVO 4laser operating at 1.34μm [J].Optics &Laser Technology ,2009,41(5):651-653.[7]Cao Haibin,Gao Feng,Fan Ting,et parison of thermal effects of Nd:YAG,Nd:YVO 4and Nd:GdVO 4crystal slab by laser diode end -pumped [J].Infrared and Laser Engineering ,2011,40(12):2365-2369.(in Chinese)[8]Yan Y,Zhang H L,Liu Y,et al.Near -diffraction -limited,35.4W laser -diode end -pumped Nd:YVO4slab laser operating at 1342nm [J].Opt Lett ,2009,34(14):2105-2107.[9]Chen Xiaohan,Zhang Xingyu,Wang Qingpu,et al.1342nm YVO 4-Nd:YVO 4laser under direct pumping at 880nm [J].Infrared and Laser Engineering ,2011,40(8):1453-1456.(in Chinese)[10]Lv Yanfei,Xia Jing,Wang Junguang.High -efficiency Nd:GdVO 4laser at 1341nm under 880nm diodelaserpumpinginto the emitting level [J].Opt Commun ,2009,282(17):3565.(in Chinese)2406880 nm LD 泵浦 Nd：GdVO4混合腔激光器1.34μm 实验研究作者：崔丽， 胡文华， 张恒利， 王燕辛， 张亦卓， 李忠建， Cui Li， Hu Wenghua， Zhang Hengli， Wang Yanxin， Zhang Yizhuo， Li Zhongjian作者单位：崔丽,胡文华,王燕辛,张亦卓,李忠建,Cui Li,Hu Wenghua,Wang Yanxin,Zhang Yizhuo,Li Zhongjian(中国航空工业集团公司 北京航空制造工程研究所,北京,100024)， 张恒利,Zhang Hengli(北京理工大学 光电学院,北京,100081)刊名：红外与激光工程英文刊名：Infrared and Laser Engineering年，卷(期)：2014(8)引用本文格式：崔丽.胡文华.张恒利.王燕辛.张亦卓.李忠建.Cui Li.Hu Wenghua.Zhang Hengli.Wang Yanxin.Zhang Yizhuo.Li Zhongjian880 nm LD 泵浦 Nd：GdVO4混合腔激光器1.34μm 实验研究[期刊论文]-红外与激光工程 2014(8)。
LD泵浦的声光调Q 1.34μm Nd：GdVO4激光器
２山 东 省 莱 芜 市 职 业 技 术 学 院 ， 东 莱 芜 ２ １０ ） ． 山 ７ １０
摘 要 ： 于连 续 泵浦 的 内腔 式倍 频 、 对 参量振 荡等非 线性 激光 器件 ， 需要 准连 续运 转来提 高腔 内 常
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｆｏ ｈ ｎ ｎｉ ｅ ｒ ｌ ｓ ｒ ｄ ｖｃ ｗｉ ｉ ｔａ ａ ｉ ｏｕ Ｈｎ ｏ ａ ａ ｔｒ ｏ ｃｌ ｔｒ ｈｅ ｕ ｓ — ｔａ ｔ ｒ ｔｅ ｏ ｌｎ ａ ａ ｅ ｅ ｉ ｅ ｈ ｔ ｎｒ ｃ ｖ ｔ ｄ ｂ ｇ ｒ ｐ ｍｅｅ ｓ ｉｌ ｏ ，ｔ ｑ ａ ｉ ｙ ｒ ａ
的峰 值 功率 ，声光调 Ｑ是 目前 获得 准连 续 运转激 光 器的重要 途 径 。在 Ｌ 端泵 ａ向 生长 Ｎ ： ｄ Ｏ 晶 Ｄ ｄＧ Ｖ
体 １３ ｍ 静 态 激 光 的 基 础 上 ， 用 声 光 调 Ｑ 对 １ ４ ｍ 的 动 态 激 光 进 行 了 实验 研 究 。当 声 光 调 Ｑ 器 ． ４ 利 ． ３
ｃｎ ｎ ｏ ｓｏ ｅａｎ ｓｎｅ ｅ ｏｉ ｒｖ ｅ ｐａ ｏ ｅ ｓ ｅｔｅｌｓｒｃｖｔ，ｎ ｓ ｔ ｉｇ ｉ ｏｔ ｕ ｕ ｐｒｔ ｇｉ ｅｄ ｄ ｔ ｍｐｏ ｅ ｔ ｅｋ ｐ ｗ ｒｉ ｉ ａｅ ａｉ ａ ｄＡＯ Ｑ— ｃ ｎ ｓ ｉ ｉ ｈ ｎｄ ｈ ｙ ｗｉｈ
（ ．ｃ ｏ ｌｏ ｎ ｏｍａ ｏ ｃｅ ｃ １Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｉｆ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｇ Ｓ ａ ｄ ｎ ｉｅｓ ｙ ｉａ ５ １ ０ Ｃ ｉ ａ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ， ｈ ｎ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ，Ｊ ｎ ２ ０ ０ ， ｈｎ ； ｎ ｔ ｎ ２ Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｖｏ ａ ｏ ａ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ Ｌ ｉ ｉ ， ａｗ ７ １ ０ Ｃ ｉａ ． ｃ ｏ ｌｏ ｃ ｔ ｎ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａ ｉ ｗｕ Ｃ ｔ Ｌ ｉ ｕ ２ １ ０ ， ｈｎ ） ｙ
LD端面泵浦Nd_YVO_4激光器热管理结构的研究
第40卷第3期红外与激光工程2011年3月Vol.40No.3Infrared and Laser Engineering Mar.2011 LD端面泵浦Nd:YVO4激光器热管理结构的研究侯立群1，樊仲维1,2，王培峰1，邱基斯1,2，张正祥1，王鹏1，张晶1（1.北京国科世纪激光技术有限公司，北京100085；2.中国科学院光电研究院，北京100190）摘要：基于一种LD端面泵浦Nd:YVO4激光器，设计了一种热沉结合外部风扇散热的风冷式热管理结构，并利用有限元分析方法对Nd:YVO4晶体的温度场进行了数值模拟，分析了环境温度及界面热阻变化对晶体热致效应的影响。
模拟结果表明，晶体泵浦区的温度梯度约为17℃，当环境温度升高时，所设计的冷却方案仍能满足系统的散热需求。
在此基础上，介绍了一种高效率、小型化风冷调Q 激光器的实验装置和实验结果，在泵浦功率为30W时，获得了连续输出功率为14.2W的1064nm基模激光输出，同时，在10kHz重复频率声光调Q下，得到6.53W的准连续基模激光输出。
总体光-光转换效率达47.3%，输出激光功率稳定性高，尤其适合工业加工集成应用。
关键词：LD；端面泵浦；Nd:YVO4；热管理中图分类号：TN248.1文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)03-0424-05Thermal management configuration of laser diode end-pumpedNd:YVO4laserHou Liqun1,Fan Zhongwei1,2,Wang Peifeng1,Qiu Jisi1,2,Zhang Zhengxiang1,Wang Peng1,Zhang Jing1(1.Beijing GK Laser Technology Co.,Ltd,Beijing100085,China;2.Academy of Opto-Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China)Abstract:A thermal management configuration for an air cooling LD end-pumped Nd:YVO4laser was designed,where the heat was dispersed by adjacent heat sink and outer fans.By means of finite element analysis,thermal distributions in laser crystal were simulated.The influences of environment temperature and interfacial heat resistance on thermal induced effects were also discussed.The simulation results show that the temperature gradient within pumping area is about17℃.The cooling scheme can work well when environment temperature increases.Based on the analytic results of thermal effects,a high efficiency and compact air cooling Q-switch laser was designed to obtain continuous output power of14.2W at the wavelength of1064nm with M2factor of1.01when pump power was30W and quasi-CW power of6.53W at repetition frequency of10kHz when modulated by an acoustics optic Q-switch.And total optical-optical efficiency is about47.3%.The output power is stable and it fits to industry processing application.Key words:laser diode;end-pumped;Nd:YVO4;thermal management收稿日期：2010-06-15；修订日期：2010-07-13基金项目：海淀园博士后专项基金资助课题（2008-3）作者简介：侯立群（1976-），女，博士后，主要从事全固态激光单元器件方面的研究。