20W腔外倍频全固态Nd_YAG绿光激光器
准连续Nd：YAG倍频高功率绿光激光器的研究
ｏ ｔｃ ｌｍｉｒ ｒｂ ａ ｋ ｔ ＫＴＰ ｃ ｙ ｔ ｌ ｎ ｒ ｃ ｖ ｔ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｂ ｅ ＡＯ ｓ ｔ ｈ， ｎ ｈ ｎ ｏ ｔ ｉ ｅ ０ Ｗ ｐｉａ ｒｏ ｒｃ ｅ ． ｒ ｓ ａ ｉ ｔ ａ ａ ｉｙ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｕ ｌｄ． Ｑ— ｗｉ ｃ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ａｎ ｄ ２
Ｃｏｌｇ ｆＰ ｅ ｉｉｎ Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔａ ｄ （ｐ ｏ ｌｃｒ ｎｃ ｇｎ ｅ ｉｇ． ａ ｊ ｎｖ ｒ ｉ ＇ ｎｉ ３ ０ ７ ， ｌ ｅ ｏ ｒ ｃｓｏ ｎ ｔｕ ｎ ｎ ） ｔ ｅｅ ｔｏ ｉｓ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ Ｔｉｎ ｉ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｌ ａ ｊ ｅ ｎ ｙ， ｉ ｎ ０ ０ ２
准 连 续 Ｎｄ ＹＡＧ 倍 频 高 功 率 绿 光 激 光 器 的 研 究 ：
王 涛 。 ，姚 建铨 ，李 喜 福 ，郭 玲 ，陈 进 ，于 意 仲 ，王 志 勇 。 ，王 鹏 ‘ 。
（． １ 天津 大 学 精 密 仪 器 与 光 电 子 工 程 学 院 ， 光 与 光 电 子 研 究 所 ， 电 信 息 技 术 科 学 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 津 ３ ０ ７ ；２ 河 北 激 光 天 ００２ ． 工 业 大 学 机 械 学 院 ， 津 ３ ０ ３ ；３ 华 中 科 技 大 学 激 光 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ， 汉 ４ ０ ７ ） 天 ０１０ ． 武 ３ ０ ４
绿 光 输 出 ２ 。 Ｏｗ
关 键 词 ： 光 ５ ２ｎ 激 光 器 ；Ｋ 绿 ３ ｍ ＴＰ晶 体 ；内腔 倍 频
中 图分 类 号 ： ＴＮ２ ８ １ ４ ． 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５０ ８ （０ ２ ０ —５ ５０ １ ０ — ０ ６ ２ ０ ） ６０ ： Ｇ 倍 频 绿 光 激 光 器 ， 类 高 斯 光 束 分 析 了 腔 长 对 激 光 功 率 的 影 响 ， 用 新 型 研 ＹＡ 用 采
实验1NdYAG固体激光器实验
hv21(a) 2 1 (b) 2 E 1(c) 图1、光与物质作用的吸收过程Nd ：YAG 固体激光器实验一、 实验内容与器件1、了解半导体激光器的工作原理和光电特性2、掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法二、 实验原理概述1. 激光产生原理光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。
如果一个原子，开始处于基态，在没有外来光子，它将保持不变，如果一个能量为hv 21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态E 2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E 1-E 2时才能被吸收。
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。
自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
处于激发态的原子，在外的光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。
只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
激光器主要有：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。
工作物质主要提供粒子数反转。
hv 21 2 E 1(a) E 2E 1(b)hv 21 hv 21图2、光与物质作用的受激辐射过程泵浦过程使粒子从基态E 1抽运到激发态E 3，E 3上的粒子通过无辐射跃迁（该过程粒子从高能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子），迅速转移到亚稳态E 2。
E 2是一个寿命较长的能级，这样处于E 2上的粒子不断积累，E 1上的粒子 又由于抽运过程而减少，从而实现E 2与E 1能级间的粒子数反转。
激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态，自发辐射产生的光子各个方向都有，偏离轴向的光子很快逸出腔外，只有沿轴向的光子，部分通过输出镜输出，部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放大，形成受激辐射的光放大即产生激光。
Nd∶YAG激光器的特性及应用
激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
Nd-YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验讲义
Nd:YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验一、 实验目的1. 掌握电光调Q 的原理及调试方法；2. 学会电光调Q 装置的调试；3. 掌握相关参数的测量。
二、 实验原理1. 调Q 技术原理调Q 技术中，品质因数Q 定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比，可表示为： 每秒钟损耗的激光能量腔内贮存的激光能量02πν=Q （1） 式中0ν为激光的中心频率。
如用E 表示腔内贮存的激光能量，γ为光在腔内走一个单程能量的损耗率。
那么光在这一单程中对应的损耗能量为E γ。
用L 表示腔长；n 为折射率；c 为光速。
则光在腔内走一个单程所需要时间为。
c nL /由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为c nL E /γ这样，Q 值可表示为γλπγπν002/2nL nL Ec E Q == （2）式中00/νλc =为真空中激光波长。
可见Q 值与损耗率总是成反比变化的，即损耗大Q 值就低；损耗小Q 值就高。
固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏的尖峰脉冲序列，从而阻碍了激光脉冲峰值功率的提高。
如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡阈值，振荡不能形成，使激光工作物质上能级的粒子数大量积累。
当积累到最大值（饱和值时），突然使腔内损耗变小，Q 值突增。
这时，腔内会象雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，在短时间内反转粒子数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在透反镜端耦合输出一个极强的激光脉冲。
在这个过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，但是，如果调Q 器件设计及调整得不好也会导致多脉冲出现。
所以，输出光脉冲脉宽窄，峰值功率高。
通常把这种光脉冲称为巨脉冲。
调节腔内的损耗实际上是调节Q 值，调Q 技术即由此而得名。
也成为Q 突变技术或Q 开关技术。
谐振腔的损耗γ一般包括有：54321αααααγ++++= （3）其中1α为反射损耗；α2为吸收损耗；α3为衍射损耗：α4为散射损耗；α5为输出损耗。
为您介绍什么是NdYAG固体激光器
为您介绍什么是Nd:YAG固体激光器一、概述Nd:YAG激光器是一种固态激光器，其涉及到的晶体材料为Nd掺杂的YAG（氧化铝的钇掺杂物）。
由于其高光束质量和较长的激光波长，Nd:YAG激光器现在广泛应用于工业、医疗、研究等领域。
二、原理Nd:YAG激光器通过增强受激发射过程得到激光放大。
具体来说，Nd:YAG晶体里的Nd元素被用稀土离子掺杂，形成Nd3+离子。
当该离子受到足够强度的光子激发时，其能量水平发生变化，此时，Nd3+离子的电子已经处于激发状态，在辐射自发跃迁过程中放出激光辐射。
Nd:YAG激光器常用的波长为1064nm，可通过频率加倍/三倍、QS调制等手段改变激光波长。
三、优势1.小体积、高光束质量：相对于气体激光器，Nd:YAG激光器的体积更小，因为其没有必要装置大量的气体。
同样地，其输出的光束质量也要高得多，因为光主要通过激光器内的固体晶体传输，这减少了对其它材料（如气体和液体）的相互作用。
因此，在需要用小体积的高质量激光器的需求上，Nd:YAG激光器是一种理想的选择。
2.较长的激光波长：Nd:YAG激光器的激光波长为1064nm，这使得其在现代激光通信和雷达系统中得到广泛应用。
因为这个波长可以穿透云层和烟雾，需要穿过的信号损失很少。
3.高稳定性：激光发射器的稳定性对于一些实验和应用非常重要。
Nd:YAG激光器是一种固态激光器，其操作比较稳定，也不需要经常重加油。
四、应用领域1.切割、打孔和焊接：Nd:YAG激光器广泛应用于汽车、航空航天和电子领域中材料的切割、打孔和焊接。
2.医学：用Nd:YAG激光治疗心血管、皮肤和眼部疾病中有很广泛的应用。
3.光通信：Nd:YAG激光器广泛应用于光纤通信和激光通信系统中。
4.研究：许多物理学家使用Nd:YAG激光器来探索全新的物理领域，如量子光学和原子物理学。
五、结论总而言之，作为一种高稳定性、高效率、小体积的固态激光器，Nd:YAG激光器已经广泛应用于工业、医疗、研究等领域，为这些领域的进步做出了巨大的贡献。
闪光灯泵浦的脉冲NdYAG激光器
闪光灯泵浦的脉冲Nd:YAG固体激光器固体激光器普遍采用光激励方式将处于基态的粒子抽运到激发态，以形成集居数反转状态。
光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。
Nd:YAG激光器是固体激光器的一种，我们实验室应用的是用闪光灯泵浦脉冲氙灯作为激励源。
Nd:YAG晶体是迄今为止公认的激光性能最好，应用最广泛的激光晶体。
闪光灯泵浦的固体激光器的优势,如制造简单、操作方便、价格低廉等。
激光器主要由两部分组成一部分是振荡器一部分是放大器。
固体激光振荡器的结构简图在Nd:YAG激光器中工作物质是：掺钕的钇铝石榴石(Nd3 + : YAG)晶体激光的特性主要取决于钕离子的特性。
钕离子为四能级系统。
聚光腔：为了提高泵浦效率，使泵浦灯发出的光能有效地会聚，并均匀的照射在工作物质上，可在激光棒和泵浦灯外增加一个聚光腔。
聚光腔给泵浦光源和工作物质之间提供良好藕合，合理设计聚光腔是决定固体激光器工作性能的重要条件之一。
使用最多的聚光腔是一种内表面具有高反射率椭圆柱体，激光棒和泵浦灯分别配置在椭圆柱的两条交线上。
泵浦源：主要目的是将电能有效地转换成辐射能，并在给定的光谱带上产生高的辐射通量。
脉冲Nd:YAG激光器用脉冲氙灯泵浦，因为它能在给定的输入电能下比其他气体产生更高的辐射输出，但是，低能量泵浦的Nd:YAG激光器，有时是采用充氪的直管闪光的泵浦。
激光器泵浦用的闪光灯基本上属于长弧器件设计，等离子体充满整个灯管。
闪光灯是由直管状或螺旋状石英管，两个封入石英管的电极及填充气体组成。
（大部分弧光灯用纯钨作阳极和含社2%社钨作阴极，或者以社钨作阳极而用浸渍了铝酸银钡的压制成的多孔钨作阴极。
闪光灯的灯管及电极封接处通常采用自然或强迫风冷，或者用水、水与乙醇的混合物、氟化碳氢化合物等液体冷却。
最有效的是采用带有石英套管的液体冷却直管闪光灯，它能以高速的冷却液湍流对灯进行冷却。
谐振腔：激光谐振腔是由两块平面或球面反射镜按一定方式组合而成的。
全固体激光腔外倍频实验（参考）
全固体腔外激光倍频实验一． 实验目的和内容1． 了解全固体激光器的特点， 学习工作物质的入射端面与输出镜构成的谐振腔的激光器的调节；2． 掌握“倍频”的概念，了解倍频技术的意义；3． 基本掌握非线性晶体的长度，有效非线性系数，相位匹配因子对非线性转换效率的影响规律；4． 调节激光器，观察基频光1064nm 的输出情况，理解激光模式的概念；5． 调节非线性晶体，观察倍频光532nm 绿光的输出情况。
二． 实验基本原理1． 非线性光学基础光与物质相互作用的全过程，可分为光作用于物质，引起物质极化形成极化场以及极化场作为新的辐射源向外辐射光波的两个分过程。
原子是由原子核和核外电子构成。
当频率为ω的光入射介质后，引起其中原子的极化，即负电中心相对正电中心发生位移r ，形成电偶极矩r m e =， （1）其中，e 是负电中心的电量。
我们定义单位体积内原子偶极矩的总和为极化强度矢量P ，m P N =， （2）N 是单位体积内的原子数。
极化强度矢量和入射场的关系式为++++=3)3(2)2()1(E E E P χχχ， （E 前面没有+） （3） 其中χ（1），χ（2），χ（3），…分别称为线性极化率，二级非线性极化率、三级非线性极化率…，并且χ（1）>>χ（2）>>χ（3）…。
在一般情况下，每增加一次极化，χ值减少七八个数量级。
由于入射光是变化的，其振幅为E ＝E 0sin ωt ，所以极化强度也是变化的。
根据电磁理论，变化的极化场可作为辐射源产生电磁波——新的光波。
在入射光的电场比较小时（比原子内的场强还小），χ（2），χ（3）等极小，P 与E 成线性关系为P ＝χ（1）E 。
新的光波与入射光具有相同的频率，这就是通常的线性光学现象。
但当入射光的电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来，新的光波中不仅有入射地基波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，频率变换。
NdYAG激光器的特性及其在医学领域的应用
Nd:YAG激光器的特性及其在医学领域的应用newmaker激光是60年代初出现的一种新型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物，激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代，随着新型激光器的研制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的，不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点，本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用，使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统，称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来，已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大，根据产生激光的工作物质，有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器，工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料，而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响，其光谱特性将有所变化，有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子，最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石，就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG)晶体为工作物质的激光器，称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
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文章编号:0253 2239(2003)04 0469 0320W 腔外倍频全固态Nd YAG 绿光激光器*冯 衍 毕 勇 张鸿博 姚爱云 汪家升 许祖彦(中国科学院物理研究所,北京100080)摘要: 研制了一台高光束质量的全固态N d YAG 激光器,采用KT P 腔外倍频,获得了大于20W 准连续绿光输出,峰功率可达1.15 105W,光束质量因子M 2值约为4。
关键词: 全固态激光器;532nm 绿光;K T P 晶体;腔外倍频中图分类号:T N 248.1 文献标识码:A*中国科学院知识创新工程项目!大功率全固态激光器系统技术研究∀资助课题。
E mail:biy ong92184@收稿日期:2002 03 15;收到修改稿日期:2002 06 031 引 言大功率全固态准连续绿光激光器因其在工业、娱乐、军事等方面的重要应用而得到广泛的重视。
国际上报道的绿光平均功率最高为美国利弗莫尔实验室的315W [1](采用KTP 和LBO 腔内倍频)。
国内多家单位在进行这方面的研究,华北光电研究所采用KTP 腔内倍频获得大于50W 的绿光,天津大学获得40W [2]。
但所有这些均没有模式指标。
而在实际应用中,亮度通常是决定性指标,它与表征光束质量的参量M 2成反比,与平均功率成正比,因此光束质量与平均功率是两个同样重要的因素。
我们采用腔内倍频,获得了大于20W 的准连续绿光输出,但光束质量不理想。
为获得高功率、高光束质量激光,一般采用主振且放大的方式(M OPA),腔外倍频也成为产生绿光的最佳方案[3,4]。
TRW 公司的Pierre 等[4]采用双通板条放大及KTP 腔外倍频,获得了175W,1.1倍衍射极限的输出。
另外,在打标等具体应用中,针对不同材料和加工要求,需要不同波长的激光,因此,多个波长间的方便切换是很重要的。
显而易见,腔外倍频与腔内倍频相比容易做到切换波长时的即插即用。
我们研制了一台高光束质量的全固态准连续Nd YAG 激光器,重复频率1~50kH z 可调,平均功率可达75W 。
用KTP 对其进行腔外倍频,我们获得了高平均功率、高峰值功率、高光束质量的绿光输出。
2 实验装置谐振腔采用双棒串接配置。
两个激光头为侧面抽运的Nd YAG,二极管列阵从三向对称抽运,每个激光头所用列阵最大输出功率为180W;Nd YAG 棒长64mm,直径3mm,掺杂质量分数为0.006。
Q 开关是NEOS 公司生产的,中心频率27.12MHz,1~50kHz 连续可调。
两个激光头之间加90#旋光片用来补偿热致双折射。
根据最大抽运时激光晶体中的热透镜大小,在设计谐振腔参量时可使最大抽运条件下的模体积较大,因此没有用光阑限模,不损失激光功率,从而获得较好的模式。
在10kHz 时,1064nm 最大输出功率为75W,脉宽小于80ns,M 2∃3.9。
测量M 2的同时,可以计算得到输出镜处激光腰斑直径约为0.8mm 。
倍频采用KT P %类临界相位匹配( =90#, =23.5#),晶体尺寸分别为3mm 3mm 8mm 、3mm 3mm 16mm 、3mm 3mm 20mm,两端镀1064nm 和532nm 增透膜,未经透镜聚焦,直接置于输出镜后。
旋转KTP 晶体使绿光输出水平偏振,旋转半波片使绿光输出最大。
经过KTP 的剩余基频光与倍频光由布氏棱镜分光后测量(图1)。
3 结果与分析图2是不同重复频率下,三块KT P 晶体在相同抽运条件下的平均输出功率。
在15kHz 时,20m m 晶体的输出最大。
但在较低频率,10kHz 以下,长晶体的效率明显地下降。
这种现象可能是由温度效应引起的相位失配造成的。
低重复频率时,脉冲峰值功率高,倍频输出达到饱和需要的作用长度降低,相位失配引起的反过程提前来临。
第23卷 第4期2003年4月光 学 学 报ACTA OPT ICA SIN ICAV ol.23,No.4Apr il,2003Fig.1Schematic diagram of ex perimentalsetupF ig.2A verage pow er of frequency doubled laser in threeKT P cr ystals wit h differ ent lengths at same pump power and different r epetition r ates在完全相位匹配,采取平面波近似,并考虑基频衰减的情况下,倍频转换效率可写为(L )=tanh 2(!3a 0L );有非零相位失配时,倍频转换效率可写为[5](L )=∀sn 2(u;∀)sn (u ;∀)为椭圆双参量正弦函数,其中u 和∀是波矢失配#k 、基频功率密度P 0、晶体长度L 的函数:u =!3a 0L ∀-1/2,∀=[(1+#20/4)1/2-#0/2]2,#0=#k (2!3a 0)-1,!3=8∃2d eff /n %f ,a 0=[2P 0/(c &0∃∋20n )]1/2,其中,有效非线性系数d eff = 3.34pm/V 、基频波长%f =1064nm 、光斑半径∋0=0.4mm ,折射率n 取为1.8,其它符号遵从一般定义。
在重复频率4~20kHz 区间,基频峰功率估算约为3 105~0.33 105W 。
通过数值计算,波矢失配取100m -1时,倍频效率与晶体长度的关系大致与实验结果一致,见图3。
20kHz 时相当于曲线a,晶体长度8~20m m 间效率单调上升;曲线b 相当于10kHz 情形,晶体长度16m m 时比20mm 时效率大;曲线c 相当于4~6kHz 时情形;作为对比,同时示出无相位失配时的曲线d 。
Fig.3Dependence of SHG efficiency on crystallength at different laser powers.a:#k =0m -1,P 0=3 105W;b:#k =100m -1,P 0=3 105W ;c:#k =100m -1,P 0=0.33 105W;d:#k =100m -1,P 0=1 105W图4给出不同KTP 晶体绿光输出脉宽与重复频率的关系。
发现采用长晶体时,绿光输出脉冲宽度变宽。
这也可以由倍频过程的饱和效应解释。
脉冲中间部分功率高,而前后沿功率低,因此中间部分比前后沿更接近饱和,而这种效应在长晶体时更为严重。
F ig.4Pulse w idth of green output at different r epetitionrates and crystal lengths考虑短晶体在高功率时倍频转换效率高的因素,短晶体应能获得更高的绿光峰功率。
图5给出470 光 学 学 报 23卷了不同KT P 晶体绿光输出峰功率随重复频率的变化。
晶体长度为8mm,重复频率为4kH z 时,脉宽30ns,峰功率达到1.15 105W 。
如果单纯追求高峰值功率,可进一步降低重复频率。
Fig.5Peak power of gr een output at different repetitionrates and cr ystal lengths图6给出了3mm 3mm 8mm 晶体不同重复频率下,倍频输出随注入电流的关系。
重复频率F ig.6A verage power of frequency doubled laserin3mm 3mm 8mm KT P at different drivingcurrents为4kHz 时得到了最好的结果。
在10kHz 、最大注入电流情况下,测得M 2值约为4。
结论 采用双棒串接、热致双折射补偿方案,研制了一台高光束质量、高功率的准连续Nd YAG 倍频激光器。
直接于输出镜后放置KTP 晶体,晶体长度为20mm,重复频率为15kH z 时得到最大大于20W 的平均功率输出。
而长晶体在低重复频率,即高峰值功率时,效率降低。
分析结果表明这是相位失配造成的。
而相位失配可能是由KT P 晶体内热效应引起的,根据数值计算,波矢失配量在100m -1量级。
另外,采用短晶体可以得到高峰值功率,晶体长度为8mm ,重复频率为4kHz 时,脉宽30ns,绿光输出峰功率达1.15 105W 。
由于采用腔外倍频,光束质量好,M 2值约为4。
参考文献1Chang J J,Dr ag on E P,Bass I L.315W pumped gr een g eneration w ith a diode pumped N d YAG laser.CL EO &98,1998,San Francisco,CP D 222Wang P,Y ao J Q ,Zhang F et al..40W LD pumped intra cavity frequency doubled Nd YA G laser.Chinese J .L aser s (中国激光),2001,28(2):1123Pierre R J,Holleman G W,Valley M et al..A ctive tr acked laser (A T LAS ).IEEE.J.Selected T op ics in Q uant.Electr on.,1997,3(1):64~704Pierre R J,M ordaunt D W,Injeyan H et al..Diode arr ay pumped kilowatt laser.IEEE.J.Selected T opics in Q uant.Electr on.,1997,3(1):53~585Dmitriev V G,Gurzadyan G G,Nikogosyan D N.H andbook of N onlinear Op tical Crystals,Spr inger Series in Op tical Sciences.Berlin:Springer,1999.52~5320W Diode Dumped External Frequency Doubled Nd YAG Green LaserFeng Yan Bi Yong Zhang Hongbo Yao Aiyun Wang Jiasheng Xu Zuyan(I nstitute o f Physics,The Chinese Academy o f Sciences ,Beij ing 100080)(Received 15March 2002;revised 3June 2002)Abstract: An all solid state Q sw itched external frequency doubled Nd YAG laser is developed,w hich generates green laser output greater than 20W w ith a t ype %phase matched KTP crystal.Beam quality factor of the laser M 2is about 4,and peak pow er is higher than 1.15 105W.Key words: all solid state laser;green light at 532nm;KTP crystal;external frequency doubling4714期 冯 衍等: 20W 腔外倍频全固态Nd Y AG 绿光激光器。