高功率全固態(tài)綠光激光器
發(fā)布時(shí)間：2021-02-07 11:21
高功率全固態(tài)綠光激光器在可調(diào)諧激光器的泵浦源、海洋勘測(cè)、同位素分離及光電對(duì)抗等科研和工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。獲得高功率綠光的途徑通常有兩種：一種是在二極管泵浦Nd：YAG激光器諧振腔內(nèi)插入非線性頻率變換晶體，通過頻率轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高功率綠光輸出；另一種是在諧振腔外用非線性晶體實(shí)現(xiàn)高功率綠光輸出。
全固態(tài)綠光激光器具有體積小、重量輕、效率高、光束質(zhì)量好、穩(wěn)定性好，維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，綠光激光器的種類及實(shí)現(xiàn)方法其在工業(yè)、軍事、醫(yī)療和科研等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用，已成為應(yīng)用激光器中的主流。高功率全固態(tài)綠光激光器因其在激光材料加工、激光彩色顯示、激光醫(yī)療以及激光同位素分離等領(lǐng)域的重要應(yīng)用而成為研究的熱點(diǎn)。
高功率全固態(tài)綠光激光器可分為腔內(nèi)倍頻和腔外倍頻兩種類型，腔內(nèi)倍頻綠光激光器一般采用L型腔雙棒串接結(jié)構(gòu)，用三硼酸鋰晶體倍頻獲得綠光功率，光一光效率達(dá)低于20%。腔外倍頻綠光激光器采用主振蕩和功率放大器，一般采用相位匹配KTP晶體腔外倍頻，獲得525nm的綠光輸出，倍頻效率接近45%。
本文的研究工作主要集中在高功率全固態(tài)1342nm激光器、1064nm激光器、準(zhǔn)連續(xù)和連續(xù)高功率全固態(tài)綠光激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究等方面。
本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下：
1.研究了1342nm二極管激光器單端泵浦Nd:YVO4激光器，在實(shí)驗(yàn)中采用弱聚焦耦合系統(tǒng)、使用低摻雜濃度晶體以及合理的腔型設(shè)計(jì)獲得了7.36W穩(wěn)定的TEM00模1342nm激光輸出，光-光轉(zhuǎn)換效率32.8%,功率不穩(wěn)定度0.3%。此結(jié)果在1342nm激光器的功率穩(wěn)定性方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平，在端面泵浦1342 nm Nd:YVO4激光器功率水平方面為國(guó)內(nèi)最高。
2.從理論上研究了雙棒之間距離對(duì)穩(wěn)定性和光束質(zhì)量的影響，結(jié)果顯示，在熱致雙折射補(bǔ)償腔中，當(dāng)雙棒分別靠近激光器腔鏡時(shí)可以得到更低的M2值，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，雙棒內(nèi)主平面之間距離應(yīng)接近熱焦距長(zhǎng)度之和，這樣在補(bǔ)償熱致雙折射的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高功率無損傷運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.用傳輸矩陣法，通過穩(wěn)區(qū)圖分析了單棒對(duì)稱和非對(duì)稱平行平面腔結(jié)構(gòu)。在分析穩(wěn)定條件、r偏振和φ偏振模式尺寸的基礎(chǔ)上，闡明了不同諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。又從理論上分析了有熱致雙折射補(bǔ)償和無熱致雙折射補(bǔ)償雙棒串接腔中，r偏振和φ偏振對(duì)諧振腔穩(wěn)定條件的影響，得到了短腔和長(zhǎng)腔情況下的穩(wěn)區(qū)最大范圍。并從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證，理論與實(shí)驗(yàn)相一致。在雙棒短腔情況下，獲得了482.3W的1064nm激光輸出功率，光-光轉(zhuǎn)換效率40.2%。
高功率全固態(tài)綠光激光器國(guó)外在這方面已進(jìn)行了較多研究，實(shí)現(xiàn)了平均功率數(shù)百w、單脈沖能量數(shù)J的高光束質(zhì)量綠光激光輸出。國(guó)外的315w二極管泵浦Nd：YAG腔內(nèi)倍頻綠光激光器以及138w的雙棒串接L型腔單端輸出綠光激光器分別代表了腔內(nèi)倍頻綠光激光器輸出功率和光束質(zhì)量的最高水平。
國(guó)內(nèi)從2003年開始開展了百w級(jí)二極管泵浦腔內(nèi)倍頻綠光激光器的研究。2004年，天津大學(xué)直腔輸出104W綠光功率口。2005年電子部11所姜東升等采用z型腔在重復(fù)頻率10kHz時(shí)輸出120W綠光，脈寬為95ns。建立高功率腔內(nèi)和腔外倍頻綠光激光器實(shí)驗(yàn)裝置，通過倍頻晶體的精密溫度控制、諧振腔和激光功率放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高功率綠光激光輸出。在激光放大器實(shí)驗(yàn)裝置上，進(jìn)行激光模塊熱效應(yīng)補(bǔ)償和受激布里淵相位共軛能改善激光光束質(zhì)量。
