2001.LD抽运声光调Q高重复频率短脉宽NdYVO4激光器

ຫໍສະໝຸດ * X ’中国
激
光
! X卷
! 实验装置
实验装置如图 " 所示。谐振腔采用平 平腔， 腔 # 另 长约为$ ’ $( & 增透， %& &。平面镜 !" 一面对$ 一面对 $ 并且对 " ’ $( & 高透， ’ ) *( & 全反。平面 镜 !! 为对" ’ ) *( & 部分透过的输出耦合镜。抽运 源为光纤束耦合输出的大功率半导体激光器系统， 输出激光中心波长为 $ 输出光束数值孔径 ’ $( &， ， 最大输出功率为 ! +, -, . ’ / " " % 0。光纤输出光 束经聚焦系统后的抽运光斑半径约为 ’ / 1& &。激 光晶体 + 的掺杂浓度为 ’ 尺寸为 2 3 4 5 6 / %7 8 , # 9， * 一端镀 $ 1& &: 1& &:%& &， ’ $( & 和" ’ ) *( & 的双波长增透膜， 另一端镀 " ’ ) *( & 增透膜。晶体 侧面用铟箔包裹置于紫铜块内， 并用半导体制冷器 冷却控温在! ’ ;。
1 实验结果及分析
实验中分别在不同的输出耦合透过率 （" ’ 9， 与 不 同 调 " 重 复 频 率 $（" ’ ! ’ 9， 1 ’ 9和% ’ 9） ， ， ） 的条件下， 对激光输 K L M 1 ’K L M % ’K L M和N ’K L M 出平均功率和调 " 脉冲进行测量。由于 + 2 3 4 5 6 * 比 @ & " ’ ) *( &） 较大， 荧光寿命 （ ） 较短， 随着输出耦合率 X ’ ! " ’ ’" I
3 引
言
半导体激光器抽运的固体激光器 （, ） 具有 [ N N + 效率高、 光束质量好、 结构紧凑、 寿命长等优点， 在军 事、 医学、 信息、 工业、 科研等领域具有广泛的用途。 高平均功率和 , [ N N +的调 ! 器件具有高重复频率、 高光 光转换效率等优点， 在激光雷达、 激光测距和 % 光电对抗等方面的应用中都显现了较大的优越性。 . / 0 1 2 (晶体由于其优良的激光性能而成为 , [ N N + 中应用最广泛的激光晶体。与 . / 0 ? I晶 体及 . / 0 + \ 晶体相比， . / 0 1 2 (晶体具有受激发 射截面大、 吸收系数大、 吸收带宽比较宽、 线偏振输 出等 优 点。 大 功 率 连 续 运 转 的 . /0 1 2 (晶 体 ［ ， ］ 3 " 。对 , [ N N + 的研究已经比较成熟 . / 0 1 2 (晶
耗， 分别为初始、 阈值和最终反转粒子 .， ’ 和% （对于三能 数， !为光子的频率， " 为粒子数反转因子 ， 对于四能级系统" )" ） ， 级系统" )! , 2为谐振腔 的光学长度， 3 为真空中的光速， 1 为光束在激光晶 体中的体积。 从以上三个公式可以看出， 对于一定的
图" 激光器实验装置图 < = , "? @ A B & 7 8 = @ C D 8 A B B E B G = & B ( 8 7 H I B 8 J > F F
则输出 输入能量或功率， 输出耦合透过率 * 越大， 又会使阈值抽运 能量和功率也越大。 但是 * 增大， 功率 # 增大， 使输出功率减小。 因此， 对于一定的 8 A ，使 输入功率， 存在一个最佳输出耦合透过率 *C 8 F 得激光器具有最大的输出功率。 图!为在 % ’ 9 的输出耦合透过率和不同的调 平均输出功率与抽运功率的输入 输 " 重复频率下， # 平均输出功率就越 出关系。调 " 重复频率越高， 大。在重复频率为 N 抽运功率为 " ’K L M下， $ / %0 时， 获得最大平均输出功率 ) 光 光转换效率 / * % 0， # 为1 斜效率为1 * / X 9， N / 1 9。同时从图中还可以看 出， 重复频率越低， 激光器稳定输出的抽运功率范围 最小。 图1为N ’K L M重复频率和 % ’ 9 输出耦合透过 率下， 平均输出功率和脉冲宽度随抽运功率的变化 关系。从图中可以看出， 起初抽运功率增大时， 脉冲 宽度急剧下降， 平均输出功率线性增大； 当抽运功率 增大到" 脉冲宽度又开始增大， 而平均输出 N0 时， 功率开始趋于饱和。这是由于抽运功率的增大使 能级受 + 2 3 4 5 6 *晶体上能级所积累的粒子数增加， 激跃迁速率增大， 从而使脉冲宽度减小， 平均输出功
［ ］ N ， 在重复频率为 % 时， 激光器 根据调 " 理论
的平均输出功率 # ， 单脉冲能量 &， 脉冲宽度’ 分 7 T ( 别为
# 7 T)
* % （- - ） ! 1 / %0 * +, . " （） * &) 1 0 ! . /% * +, "
（ ） " （ ） !
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, 2 ・ ! . /% （ ） ’ ( )（ ［ （ ／ ］ 1 3 * +,） " H ( / + . ’ . ’） 其中， * 为输出耦合透过率， , 为谐振腔的其他损
的增大， 激光器能够稳定输出调 " 脉冲的抽运功率 范围也变大。输出耦合透过率越小， 谐振腔内振荡 光的功率密度越高， 激光晶体的热透镜效应就越严 重， 从而导致谐振腔进入非稳定区。在" ’ 9 的输出 耦合透过率下， 几乎得不到稳定的激光脉冲。然而， 在% 激光器稳定输出的抽 ’ 9的输出耦合透过率下， 运功率范围最大， 平均输出功率和单脉冲能量最高， 脉冲宽度也最短。
（" ） # $ % & ’ # () # * & + # $ & + & + / $ # (0 # $ 1 + % # ( /， 2 3 # ’ 4 & ’ ’ % 7 1 + / % $ 8 % ’ # ’" # ! 3 ! ! , -. , 56 ,，
) A , 8 7 * - ? 4H P O G < Q O % O Q E P! % < R E Q P B C .. E O . C % G 5 C .. / 0 1 2 D H < C S H Q 3 ! ’ (4 5E < S C O S Q C .B C S C T: B C 4 Q B C S C C Q E Q E O 4 L L L L L ( ， S H Q C E < & !6 7 8Q B C5 H U E 5 G 5H V C S H C O G Q G Q O R C S O W ’ T ( #:E < O X Q H E 4 C .R E Q B H 4 O Q E P H D P O 4 V C S < E O 4 C W W E P E C 4 P O W * ( T ) ; K L L L Y H 4 .H< D O CC W W E P E C 4 P W * & T * ;T ? 4 .Q B C < B O S Q C < QL G D < CR E . Q BO W & T )4 < E <H D < OO X Q H E 4 C .H Q Q B C < H 5 C S C C Q E Q E O 4 T > B C L YO L B E B C < Q < E 4 D C G D < C C 4 C S W " 3 *! =R E Q BL C H 6L O R C S O W 3 3 T $6 :E < C 4 C S H Q C .H Q 3 !6 7 8 S C C Q E Q E O 4 S H Q C T K K L K YO K L ， ， B ’ + 8 ( , . E O . C % G 5 C . . / 0 1 2 ? % 2 ! % < R E Q P B C . L L C/ (
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晶体的受激发射截面 （ ! %:" ’
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杜晨林 等： 5 H I J C O S 抽运声光调 " 高重复频率短脉宽 G A激光器
收稿日期： ；收到修改稿日期： " ! ! 3 % ! ( % " ! " ! ! 3 % ! & % " ( 作者简介： 杜晨林 （ —） ， 男， 博士研究生， 主要从事全固态激光器和非线性光学研究。Z ： 3 ) & ’ % 5 H E D P D . G " E P 5T < . G T C . G T P 4
+ , 抽运声光调 ! 高重复频率短脉宽 激光器 . / 0 1 2 (
杜晨林，刘均海，王正平，许心光，邵宗书
（山东大学晶体材料国家重点实验室，山东济南 " ） # ! 3 ! ! 抽运 采用声光调 !， 输出3 提要 报道了利用半导体激光器 （+ ,） . / 0 1 2 ! ’ (4 5 高重复频率短脉冲的固体 (晶体， 激光器。在重复频率为 & 时， 获得的最大平均输出功率为 ， 光 光 转 换 效率为* 斜效率为 !6 7 8 ’ 9 ( #: % ( 9 ) ;， 在相同的重复频率下还获得了最短脉冲宽度& 。在重复频率为3 * & 9 * ;； 9 )4 < !6 7 8时获得最大单脉冲能量为 " 3 * ， 峰值功率为3 = 3 9 $6 :。 ! 关键词 半导体激光器抽运， 声光调 ! . / 0 1 2 (晶体， 中图分类号 文献标识码 ? >" ( $ 9 3