大功率綠光激光器器件技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間：2021-02-05 13:16
為了提高激光的光束質(zhì)量和提供準(zhǔn)直的平行光束，為抽運(yùn)鈦寶石提供優(yōu)良的大功率的綠光抽運(yùn)源，對激光二極管側(cè)面抽運(yùn)Nd∶YAG聲光調(diào)Q腔內(nèi)倍頻固體激光器進(jìn)行了研究。怎樣減少綠光激光器防護(hù)玻璃的破損？實(shí)驗(yàn)中采用凸平直線非穩(wěn)腔，將凸面鏡和增益介質(zhì)熱透鏡效應(yīng)等效為望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行分析。由實(shí)驗(yàn)可知，凸平非穩(wěn)腔具有較大模體積、良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)；利用二類相位匹配的磷酸鈦氧鉀晶體進(jìn)行腔內(nèi)倍頻，當(dāng)抽運(yùn)功率為200W時(shí)，獲得脈寬109ns、重復(fù)頻率9.3kHz、發(fā)散角小于2mrad的42W綠光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21%,24h長時(shí)間的工作，不穩(wěn)定性小于2%。結(jié)果表明，利用非穩(wěn)腔腔型，在側(cè)面抽運(yùn)的模塊中可以實(shí)現(xiàn)高效的大功率綠光輸出。
綠光激光器因?yàn)榫哂袩嵝?yīng)小，效率高，器件結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得高功率和高光束質(zhì)量輸出等優(yōu)點(diǎn)，而成為固體激光器一個(gè)富有生命力的發(fā)展方向，倍受青睞。輸出功率大于100W,甚至達(dá)到1000W,M<'2>接近1的大功率，高亮度綠光激光器在工業(yè)材料加工，戰(zhàn)術(shù)軍用和慣性約束聚變等方面展示出廣闊的應(yīng)用前景，大功率綠光激光器器件技術(shù)研究更是當(dāng)前綠光激光器研究的前沿課題。
對綠光激光器在激光表演、激光醫(yī)療中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。利用制作的20W、40W綠光激光器樣機(jī)，開發(fā)了激光表演機(jī)產(chǎn)品。對綠光激光用于治療前列腺增生的選擇性光汽化術(shù)進(jìn)行了介紹提出了治療儀設(shè)計(jì)方案計(jì)劃研制出120W的綠光激光器用于前列腺治療儀。
綠光激光器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、功率大、光束質(zhì)量好、體積小、壽命長、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在彩色顯示、激光醫(yī)療、水下通訊等方面有重要的應(yīng)用，是國內(nèi)外光電子技術(shù)研究與開發(fā)的熱點(diǎn)之一。全固態(tài)腔內(nèi)倍頻綠光激光器通過高效率的腔內(nèi)倍頻獲得綠激光輸出，它的結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)換效率高，是獲得綠激光的主要器件之一。
本文報(bào)道了全固化的全固態(tài)連續(xù)綠光激光器，采用1W的LD抽運(yùn)，得到230mW的TEM00模532nm綠光激光器輸出，得到峰值功率達(dá)1.2kW的聲光調(diào)Q全固態(tài)脈沖綠激光輸出，重復(fù)頻率達(dá)100kHz，脈沖寬度為15ns；不進(jìn)行反饋控制時(shí)的功率穩(wěn)定性達(dá)到±0.3％，采用直接控制LD驅(qū)動電流的光電反饋法可以大大提高全固態(tài)綠激光器的功率穩(wěn)定性，長期穩(wěn)定性可以優(yōu)于±0.5%。提高抽運(yùn)LD的功率，可以大幅度提高綠激光器的輸出功率。相信這些激光器會很快得到廣泛的應(yīng)用？
大功率綠光激光器器件技術(shù)研究結(jié)合非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)是目前最有前途的紫外光源獲得方案。該論文主要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的工作：（1）對獲得大功率，高亮度激光輸出的常用的基模動態(tài)穩(wěn)定腔（DSRs）技術(shù)，最近發(fā)展出來的三鏡或四鏡DSRs技術(shù)以及雙棒串接腔技術(shù)（插入90°偏振旋光片補(bǔ)償熱致雙折射）技術(shù)進(jìn)行了解析分析和圖解分析。
尤其是首次采用圖解法分析了當(dāng)兩個(gè)泵浦組件具有稍微不同的熱效應(yīng)時(shí)，雙棒串接諧振腔及插入90°偏振旋光器補(bǔ)償熱致雙折射的雙棒串接諧振腔的穩(wěn)定性和模式特性與理想情況的差異，揭示了雙棒的不同熱透鏡焦距對雙棒串接腔的巨大影響，并在通過實(shí)驗(yàn)獲得證實(shí)。
在實(shí)驗(yàn)中我們采用兩個(gè)CEO公司的150W（1064nm）LD泵浦組件，使用對稱雙棒串接腔獲得了265.4W的激光輸出，電光轉(zhuǎn)換效率約為10.3%.（2）對比分析了在高功率，高重復(fù)頻率全固態(tài)綠光激光器中采用按常溫匹配角切割KTP晶體和按高溫匹配角切割KTP晶體的優(yōu)缺點(diǎn)。
總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中“LBO，BIBO晶體生長、藍(lán)光晶體組合模塊設(shè)計(jì)以及抗震動抗溫變半導(dǎo)體泵浦高重頻單橫單縱綠光激光器的關(guān)鍵技術(shù)”達(dá)到國際領(lǐng)先水平。所開發(fā)的模塊化晶體器件已實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，綠光激光器則已在相關(guān)高校和研究所應(yīng)用。所編制的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已通過全國光輻射安全和激光設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會的審查。
