104W内腔倍频全固态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
LD泵浦Nd：YAG／LBO腔内倍频蓝光激光器的研究
２ ．山东师范大学物理与电子科学学院现代光学实验室， 山东 济南 ２ ０ １） ５０ ４ 摘要 ： Ｌ Ｏ作倍频 晶体 ， 以 Ｂ 腔内倍频 Ｎ ： Ａ ｄ Ｙ Ｇ产生 ４３ｎ ７ ｍ蓝光 ， 得到最大平均输 出功 率为 ８． Ｗ ， ７６ ｍ 斜效率为 １１ ， ． 倍频转换效率为 １２ 的连续蓝光的输出。 ． 关键词 ： Ｂ Ｌ Ｏ晶体 ； 蓝光 ； 倍频； 掺钕 Ｙ Ｇ晶体 Ａ
４ ０
青岛大学学 报 （ 自然 科 学 版 ）
第 １ 卷 ９
８ ８ ｍ， ０ 最大输出功率 ３ 光纤输出孔径 Ｄ＝０ ８ｍ 数值孔径 ０２ ｎ ０ｗ， ． ｍ， ．２ ｍｍ， 泵源的输出采用脉冲形式 ， 以 减小热透镜效应。Ｙ ＡＧ激光 晶体的左端兼作输入镜 ， 晶体尺寸 ４ｍ ｍ×４ｍ ｍ×３ｍ 左端面镀膜对 ８８ ｍ， ０ ｎ ｍ高透 、 ４３ｎ 对 ７ ｍ和 ９ ６ ｍ高反 ， ４ ｎ 另一端对 ９ ６ｎ ４ ｍ增透 。输 出镜对 ９ ６ｎ ４ ｍ全反、７ ｍ高透 ， ４３ｎ 曲率半 径为 ５ ０ ｍｍ。Ｌ Ｏ尺寸为 ２ｍ Ｂ ｍ×２ｍ ｍ×１ ｍ， ０ｍ 两端面均镀制 ９６ｎ ４３ｎ 的增透膜 ， ０， ４ ｍ、７ ｍ ０ ＝９ 。 一１． ９ ３，类相位匹配切割。输 出镜是 凹面镜 ， 。 Ｉ 曲率半 径是 ５ ｍ， ０ｍ 镀膜参数是 ： １６ ｍ 透过率为 ６ ， 对 ０４ｎ ５ 对 ４ ３ｍ 透过率为 ９ ， ４７ｎ 透过 率为 ８ ， ９６ｎ ９４ｎ 高反。谐振 腔是平 凹腔， ７ｎ ２ 对 ５ ｍ ８ 对 ４ ｍ、 １ ｍ 腔长取 ２ ５ ｍｍ。输出光经棱镜分光后 ， 用功率计测量输出功率。
２ 实验结果 与讨论
选择合适 的泵光 、 不同的占空 比和不同脉宽时输 出功率随泵浦功率 的变化曲线见图 ２３ 、 。我们选择输
全固态绿光激光器的噪声特性研究(精)
第 33卷第 1期激光与红外 Vol. 33,No. 1 2003年 2月 LASER & INFRARED February ,2003文章编号 :100125078(2003 0120040203全固态绿光激光器的噪声特性研究郑权 1, 张秋松 2, 刘天虹 1, 薛庆华 1, 钱龙生 1(1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 , 吉林长春 130022;2. 中海油田服务公司测井事业部 , 北京 101149摘要 :观察了用 LD 泵浦 Nd ∶Y VO 4晶体 , 用Ⅱ类临界位相匹配 KTP绿光激光器的噪声特性 , 。
分别采用谐振腔内插入布氏片和采用Ⅰ类位相匹配 BBO ,稳定输出。
关键词 :LD泵浦 ; 绿光激光器 ; 噪声中图分类号 :TN248. 1Ch aracteristics of A ll 2solid 2state G reen LaserZHEN G Quan 1, ZHAN G Qiu 2song 2, L IU Tian 2hong 1, XU E Qing 2hua 1, Q IAN Long 2sheng 1 (1. Changchun institute of Optics , Fine Mechanics and Physics , CAS , Changchun 130022,China ;2. Well 2measureing Department , Zhonghai oil service company , Beijing 101149, ChinaAbstract :The noise characteristics of LD 2pumped Nd ∶ Y VO 4/KTP (Ⅱ 2typed green lasers were observed in this pa 2 per. It shows the noise has arisen from the cou pling of different longitude modes in the frequency doubler — KTP. At last , two effective methods to eliminate green noise , including inserting a Brewster plate in the resonator of a Nd ∶ YVO 4/KTP laser , and using type 2Ⅰ phase matching BBO as the frequency doubler , were introduced , res pectively.K ey w ords :LD 2pumped ; green laser ; noise1引言激光器的噪声特性是衡量激光器性能的重要指标之一。
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。
绿光泵浦的黄光波段可调谐窄线宽光学参量振荡器
第49卷第11期V ol.49N o.ll红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2020年11月Nov. 2020绿光泵浦的黄光波段可调谐窄线宽光学参量振荡器张鹏泉\项铁铭”，史屹君2(1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018;2.天津可宏振星科技有限公司，天津300192)摘要：为实现波长可调谐的窄线宽黄光波段激光输出，设计搭建了以倍频声光调QNd:YAG激光器 的532 nm脉冲绿光输出为泵浦源、以II类相位匹配磷酸钛氧钾（KTP)晶体为非线性介质的折叠腔光 学参量振荡器（OPO)。
首先产生腔内振荡的近红外可调谐闲频光，在此基础上基于LBO晶体I类非 临界相位匹配方式对OPO的闲频光进行内腔倍频，得到波长调谐范围587.2〜595.2 nm的黄光波段输 出。
为改善OPO光谱特性，在OPO闲频光谐振腔内插入熔融石英标准具，有效压缩了 OPO输出黄光 的光谱线宽。
绿光泵浦源脉冲重复频率10 kHz、平均功率24.0 W下在波长591.2 nm处获得了最高黄 光输出功率2.89 W，光束质量因子A/2=3.4,从532 nm泵浦光到黄光输出的转换效率为12.0%，脉冲宽 度37 ns,对应峰值功率7.8 kW。
此时黄光光谱半高全宽为0.15 nm，相比未在OPO腔内插入标准具自 由运转状态下的光谱得到明显改善。
关键词：光学参量振荡器；可调谐激光；窄线宽激光中图分类号：TN248.1 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200275Green pumped yellow wavelength tunable narrow linewidthoptical parametric oscillatorZhang Pengquan1,Xiang Tieming1*,Shi Yijun2(1. School of Electronics and Information, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China;2. Tianjin Bright Star Technology Co., LTD, Tianjin 300192, China)Abstract:A pulsed optical parametric oscillator(OPO)was demonstrated for the purpose of wavelength-tunable yellow output with narrow spectral line width.The OPO pumped by the green output of an acousto-optic Q-switched Nd:YAG used a type II phase-matched KTi0P04(KTP)crystal as the nonlinear gain medium and a folded cavity arrangement.The OPO was designed to have the idler wave tunable in near infrared oscillated in the cavity,which was further frequency doubled to generate the wavelength-tunable yellow output by using a LiB305(LBO)crystal with type I non-critical phase matching scheme.A fused silica etalon was inserted in the idler wave cavity to narrow the idler wave and the resultant yellow spectral line width.The wavelength of the yellow output obtained could be tuned over587.2-595.2 nm,within which the maximum average output power of 2.89 W was obtained at 591.2 nm,under an incident average green pump power of24.0 W.The beam quality factor M2was 3.4.The conversion efficiency from the green pump to the yellow output was 12.0%. The pulse width at the maximum output power was37 ns,and the peak power was 7.8 kW.The spectral line width of the yellow output was0.15 nm,which was narrowed effectively compared with that without etalon in the OPO cavity. Key words:optical parametric oscillator;tunable laser;narrow linewidth laser收稿日期:2020-06-15;修订日期:2020-07-11作者简介:张鹏泉（1976-)，男，正高级工程师，硕士，主要从事光电信号探测和对抗方向的研究工作。
Nd:YAG激光治疗机脉冲宽度与能量关系的探讨
Nd：YAG激光治疗机脉冲宽度与能量关系的探讨陈凤萍;刘婧莹【摘要】该文通过对2015年国家医疗器械监督抽验中掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光治疗机的检验,在完成常规检验的同时,对脉冲宽度与激光输出功率/能量之间的关系进行探索性研究,通过实际检测数据来说明它们的关系.【期刊名称】《中国医疗器械信息》【年(卷),期】2017(023)003【总页数】4页(P60-62,65)【关键词】激光治疗机;脉冲宽度;激光能量;激光功率【作者】陈凤萍;刘婧莹【作者单位】吉林省医疗器械检验所长春 130062;吉林省医疗器械检验所长春130062【正文语种】中文【中图分类】TH77320世纪60年代世界上第一台激光器的出现开辟了激光技术发展的新时代。
激光器的出现对世界各国国民经济、国防建设、科学技术及日常生活产生了深远的影响，特别是在医学领域，激光发挥越来越重要的作用。
激光是一种受激辐射的光放大，其物理基础是受激辐射。
激光具有高单色性、高方向性、高相干性和高亮度高等特点，因此激光与物质相互作用时产生许多新的现象，由此派生出许多新的学科分支。
激光医学的发展正是以激光技术的发展为基础的。
在生物医学领域中，激光对生物有机体包括对人体组织的作用，是目前国内外许多物理学家和医学激光专家在积极探索的一个新兴学科。
激光的相干性非常好，在医学领域具有广泛的应用前景。
利用激光与生物组织产生的不同生物效应（包括热效应、光化学效应、生物刺激效应等），可以治疗、诊断多种疾病。
目前用于医学治疗的激光器主要是Nd:YAG固体激光器和CO2气体激光器。
两者各有优缺点，从生物效应看，CO2激光能被生物组织（主要成分是水）强烈吸收，切割效率高，而Nd:YAG激光对生物组织的穿透深、热灼伤小且凝固、止血效果好。
在光束传输方面，Nd:YAG激光可用光纤传输，操作灵活、简单，能有效接近病灶，临床使用方便[1]，而CO2气体激光器不能用光纤传输。
此外，Nd:YAG激光可以在连续工作方式下工作，也可以在脉冲工作方式下工作，辐照方式有非接触式、接触式两种，加上激光器体积小、可靠性高、价格较低等优点，因而其医学性能较CO2气体激光器而言更优越，已广泛应用于外科、内窥镜、肿瘤、皮肤色素疾病、血管性皮肤病变等领域的临床治疗。
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用1 前言固体激光器是最重要的一种激光器，不但激活离子密度大，振荡频带宽，能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。
其体积小、效率高、性能稳定等特点使其成为当前光电子技术领域的一个研究热点。
对于固体激光器来说有 3 种重要的激光介质：单晶、玻璃和陶瓷。
单晶工作物质的激光器体积小，性能可靠、稳定，并适用于各种连续和脉冲激光器件。
但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。
多年来材料科学工作者一直试图用玻璃、微晶玻璃、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。
激光玻璃的突出优点是制备成本低，易实现大尺寸以及高的光学均匀性，但是，玻璃的热导率[一般低于 1 W/(m?K)] 远低于绝大多数激光晶体的，导致激光玻璃在以高平均功率工作时，材料内部产生大的热致双折射和光学畸变；这一点在强激光领域应用时表现得尤其突出，而且其激光效率与单晶材料相比也较低。
而且玻璃的硬度不够高、荧光线宽较宽和激光振荡阈值较高，不利于作为高性能的激光材料。
激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质量可控性强，尺寸大，形状自由度大以及可以实现多层多功能激光器等优点；和玻璃相比，透明陶瓷具有单色性好，结构组成更为理想，热导率高和可承受的辐射功率高等优点。
由于陶瓷是多晶，其内部的晶界、气孔、晶格的不完整性等都会导致材料的不透明性及增加光的散射损失，因此将其用于激光介质存在一定困难。
为了制备和单晶激光性能相当的高品质、高透明度的激光陶瓷，人们做了大量的研究工作。
在所有的材料中，立方晶系的晶体，譬如石榴石型的晶体和稀土倍半氧化物，它们在沿光轴方向上的折射率差等于零而且可以提供低对称性的格位，是制备透明陶瓷的最佳选择，其中最具代表性的是Nd:YAG 透明陶瓷。
2 激光的产生原理2.1 理论基础【波尔兹曼统计分布】根据统计力学原理，大量相同粒子( 原子、离子、分子) 集合处于热平衡温度下，粒子数按能级的分布服从波耳兹曼分布规律，即NJN i * exp[-(E 2- E i )/kT]其中2、Ni分别为能级E2和E i上的粒子数。
LD端面泵浦内腔倍频全固态绿光激光器研究进展
、
２ Ｅ 中ｏ Ｃｃ 国１ ＨＥ 科０ ｝ 技第Ｎ 信４Ａ 息期， 年蚓 Ｎ
、
一
Ｆ０ ｅ１ ｂ ． ２
ｊ ≮
一
誊
蠢 麓 ｉ善
在 ０ ．％。 ｉ ５ ７ ｍ 绿 光输 出 ， ６ Ｗ 泵 浦 功 率 下 二 次 。 报 道 的 稳 定 性 优 于 ０ ２ ２ｎ Ｉ 谐 波输 出 ２ ． Ｗ ，光 ～光 效 率 达 ３ ．％ ， ３ 研 究 现 状 ０５ ４２ ＝ ． ，绿 光 功 率 不 ＝ 从２ ０世 纪 ９ ０年 代 开 始 ， 内 腔 倍 频 ， 而 且 光 束模 式 很 好 ，Ｍ ： １ ２ 采 用 端 面 泵 浦 的 内 腔 倍 频 激光 器可 以 特 别 是 内腔 倍 频 绿 光 激 光 器 的技 术 日渐 成 稳 定性 小 于 ± １ ＲＭ Ｓ。２ ０ ％ ０ ７年 ，北 京 获得较 高的泵浦耦合效率 和高的输 出光 束 存 在稳 定性 题 ，绿 光激 光 器 的 发 展 仍 然 缓慢 。 熟。 后， 此 内腔 涪 频 激 光 器 开 始 向 四 个 主 要 方 向 发 展 ：高 输 出 功 率 、高 光 束 质 量 高转 换 效 率 １ 和 ／或 输 出功 率 的 ０ 高稳 定 性 ８ １。 ；４ ］ ２ １高输 Ⅲ功率 ． ｉ理工大学的张 叵利等人 使用激光二极管面 ｝ 阵端面 泵浦板 条Ｎｄ． ＹＡＧ， 并应用电光调Ｑ 技 术获 得近衍 射极 限内腔倍频 绿光输 出 ，
腔 倍 频 激 光 器 多 是 绿 激 光 器 。 ｊ 有 关 现 芏，
输 出功 率 火 于 ＩＯ 的绿 光激 光 器 的 报 道 Ｉ ＯＷ
Ｍ２ ． ，重复频率 １ ＨＺ ＝１ ３ ｋ ，脉宽 １ ．ｎ ， ６ ７ ｓ
光器进行内腔倍频 ，获得 了平均功率 ９ Ｗ ３ 的绿光输 出，Ｍ 达到 １ ５ ． ，二次谐波转换 效率达到 ５ ％。但是兼顾输 出功率和光束 ７ 质量 仍然 是一 个难题 。 ２３高转换效率 ． 因 为 二 次 谐 波 转 换 的效 率 普 遍 偏 低 ，
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:025322239(2004)07292524104W 内腔倍频全固态Nd ∶YAG 绿光激光器3徐德刚 姚建铨 郭 丽 周 睿 张百钢 丁 欣 温午麒 王 鹏(天津大学精仪学院激光与光电子研究所光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072)摘要: 报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd ∶Y A G 绿光激光器,针对KTP 晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP 晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP 晶体的热效应导致的相位失配,同时兼顾了Nd ∶Y A G 棒的热致双折射效应和KTP 晶体热透镜效应,设计了热稳定谐振腔;实验中采用80个20W 激光二极管阵列侧面抽运Nd ∶Y A G 棒和Ⅱ类相位匹配KTP 晶体(在27℃时相位匹配角为<=23.6°;θ=90°,尺寸为7mm ×7mm ×10mm )内腔倍频技术,谐振腔腔长为530mm ,KTP 晶体的冷却温度为4.3℃,抽运电流为18.3A 时,实现平均功率达104W 、脉冲宽度为130ns 的532nm 激光输出;其重复频率为20.7kHz 。
光光转换效率为10.2%。
关键词: 激光器;Nd ∶Y A G 激光器;532nm 绿光;KTP 晶体;内腔倍频;低温冷却中图分类号:TN248.13 文献标识码:A 3国家863计划(2002AA311190)、教育部天津大学、南开大学科技合作项目、天津市光电子联合科学研究中心项目(013184011)资助课题。
E 2mail :xudegang @收稿日期:2003207202;收到修改稿日期:2003212202104W L as e r Di ode 2P u mp ed I nt r aca vi t y F r eq ue nc y 2Do u bledN d ∶YA G Gr ee n L i g ht L as e rXu Degang Y ao J ianquan Guo Li Zhou Rui Zhang BaigangDing Xin Wen Wuqi Wang Peng(Key L abor a tor y of Op to 2Elect ronics I nf or m a t ion a n d Tech nical Scie nce Mi nis t r y of Ed uca t ion ,I ns t i t u te of L asers a n d Op toelect ronics ,College of Precision I ns t r u me n t a n d Op toelect ronics Engi neeri ng ,Ti a nj ui n U ni versi t y ,Ti a n ji n 300072)(Received 2J uly 2003;revised 2Decembe r 2003)A bs t r act : An ave rage 104W green beam ope ration by int racavit y f requency doubling of Nd :Y AGlase r ,which is p umped by eight y 20W high 2powe r lase r diodes is reported.A t ype Ⅱp hase matched KTP cr ystal (<=23.6°,θ=90°unde r t he condition of 27℃,its size is 7mm ×7mm ×10mm )is applied for f re quency doubling of Nd ∶Y AG lase r.The len gt h of resonator is 530mm.The KTP cr ystal is placed in t he special cooling device.Unde r t he p umping current of 18.3A ,KTP crystal is cooled to 4.5℃.A maximum green powe r of 104W was gene rated at 20.7kHz repetition rate and 132ns p ulse widt h when p umping current of lase r diodes is 18.3A ,leadin g to 10.2%of optical -optical conve rsion efficienc y.Key w or ds : lase rs ;Nd ∶Y AG lase r ;green beam at 532nm ;KTP cr ystal ;int racavit y f requency doubling ;st rong cooling1 引 言高功率绿光激光器在可调谐激光器的抽运源、流场显示、海洋探测、光电对抗、污染检测、大功率大能量的激光加工以及军事应用(激光雷达,激光制导等)等科研和工业领域中得到了广泛的应用。
利用激光二极管抽运Nd ∶YA G 晶体棒内腔倍频技术是获得高效高功率稳定绿光光源的重要途径之一。
发达国家在这方面已经进行了很多的研究[1～5],国内由于国外高功率半导体激光器禁运、价格等条件限制,一直落后于发达国家。
近年来,随着国产半导体第24卷 第7期2004年7月 光 学 学 报ACTAOPTICA SIN ICAVol.24,No.7J uly ,2004激光器质量的提高以及国外半导体激光器价格的降低,全固态高功率绿光光源的研究也有了极大的进展,我们课题组曾实现双端输出40W 绿光光源[6];电子部11所的姜东升等人采用两个激光二极管抽运组件,中间加上90°旋转器,利用三镜L 型腔实现平均功率68W 的绿光输出[7];中国科学院物理研究所采用同样的抽运结构,利用腔外倍频获得20W 的绿光[8]。
但由于倍频晶体KTP 的热效应导致的相位失配以及声光器件在高功率下难以关断等原因,一直限制着高功率绿光激光的输出。
在高功率激光二极管抽运的内腔倍频激光器中,由于谐振腔中基波的功率密度比较大,倍频晶体吸收部分基波会产生热效应,导致晶体内部的温度升高,而常温下晶体切割的相位匹配角会发生偏移,引起倍频晶体的相位失配;另外,随着抽运功率的增加晶体的热透镜焦距也在发生变化,引起谐振腔的不稳定,从而限制了倍频光输出功率的提高。
本文在以前工作的基础上,针对KTP 晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP 晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP 晶体的热效应引起的相位失配,同时在谐振腔设计中同时兼顾了Nd ∶YA G 棒的热致双折射效应和KTP 晶体热透镜效应的补偿,实验中利用80个20W 的高功率半导体激光器侧面抽运单个Nd ∶YA G 棒、平凹谐振腔结构、大尺寸KTP 晶体内腔倍频,实现平均功率达104W 、重复频率为20.7kHz 、脉冲宽度130ns 、内腔倍频绿光激光器的稳定运转,光光转换效率为10.2%。
2 实 验实验装置如图1。
Fig.1The experimental setup 在实验中我们采用美国CEO 公司生产的半导体激光器组件,它由80个20W 二极管激光器组成,按照五角形等间距侧面抽运Nd ∶Y AG 棒,其总抽运功率为1600W ,激光介质的尺寸为<6.36mm ×146mm ,侧面打毛,两端磨成平面,镀1064nm 的增透膜。
倍频晶体采用Ⅱ类相位匹配的KTP 晶体(<=23.6°,θ=90°),其尺寸为7mm ×7mm ×10mm ,两面镀1064nm 和532nm 的增透膜;考虑到高功率下激光介质Nd ∶YA G 棒的热致双折射和倍频晶体的热透镜等热效应因素,通过计算机数值分析,激光谐振腔采用平凹结构,合理选择倍频晶体和Nd ∶YA G 棒在谐振腔中的位置,实现在Nd ∶YA G 棒中热致双折射导致的径向偏振振荡光和切向偏振振荡光共同处在一个稳区内,从而实现激光输出的稳定;另外,由于倍频晶体的热透镜效应的存在,对谐振腔内的基波模式分布有很大的影响,通过调整倍频晶体在谐振腔中的位置,获得适当大小的热透镜焦距可以有效的补偿Nd ∶YA G 棒的热透镜效应。
腔长为530mm ,KTP 晶体距离输出镜113mm ,平凹全反镜的曲率半径为2m ;谐波反射镜采用镀1064nm 高透和532nm 高反膜层的石英镜片;采用G ooch&Housego 公司生产的Q 开关器件,其中心频率为27.12MHz ,驱动功率为100W ,调制频率为1～100kHz 可调;利用美国Molectron 公司生产的功率计,测量在抽运电流为18.3A 时,532nm 最大输出功率为104W ,脉冲宽度小于130ns ,重复频率为20.7kHz 。
3 结果与讨论倍频晶体的相位配角度通常是根据室温条件下计算出来的,但是在内腔倍频谐振腔中基波功率密度比较集中,一部分基波功率被倍频晶体吸收在内部产生热量沉积,从而导致倍频晶体的温升、相位匹配角的漂移,而且倍频晶体的平均温度随着抽运功率的变化而变化,所以很难确定晶体相位匹配角具体数值,实验中需要对其进行调整。
根据文献[9]的提供的计算公式,我们计算出相位匹配角随温度的变化曲线,如图2所示。
其中有效非线性系数主极大的方向仍然位于X 2Y 面上,而<角随温度的升高而接近线性变化。
变化率大致为每升高100℃,角度增加1.2°。
图中给出的数值是相对于27℃时的629 光 学 学 报 24卷 温度变化相对值。
Fig.2The curve of phase matched angles <versustemperature of KTP crystal在实验中将KTP 倍频晶体放置在一个低温冷却器中,使KTP 的边界处于低温状态,这样既可以减少晶体的热透镜效应,又可以增大晶体的热传导系数,加快热传递,减少晶体内部的热沉积,在一定程度上补偿晶体的相位失配。
图3是在KTP 晶体不同冷却温度下绿光输出功率随抽运功率变化曲线。
从图中可以看出,在一定的抽运电流下,随着KTP 晶体的边界冷却温度的降低,绿光输出功率增大。
当冷却温度为15℃时,随着抽运功率的增大,绿光输出功率在升高,但当增大到16A 时,输出功率开始下降,这是因为此时晶体内部的温度开始升高,倍频晶体的相位开始失配,导致倍频效率的降低。