高功率全固态绿光激光器
发布时间：2021-02-07 11:21
高功率全固态绿光激光器在可调谐激光器的泵浦源、海洋勘测、同位素分离及光电对抗等科研和工业领域得到了广泛的应用。获得高功率绿光的途径通常有两种：一种是在二极管泵浦Nd：YAG激光器谐振腔内插入非线性频率变换晶体，通过频率转换实现高功率绿光输出；另一种是在谐振腔外用非线性晶体实现高功率绿光输出。
全固态绿光激光器具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好、稳定性好，维护费用低等优点，随着激光技术的发展，绿光激光器的种类及实现方法其在工业、军事、医疗和科研等领域中发挥着越来越重要的作用，已成为应用激光器中的主流。高功率全固态绿光激光器因其在激光材料加工、激光彩色显示、激光医疗以及激光同位素分离等领域的重要应用而成为研究的热点。
高功率全固态绿光激光器可分为腔内倍频和腔外倍频两种类型，腔内倍频绿光激光器一般采用L型腔双棒串接结构，用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率，光一光效率达低于20%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器，一般采用相位匹配KTP晶体腔外倍频，获得525nm的绿光输出，倍频效率接近45%。
本文的研究工作主要集中在高功率全固态1342nm激光器、1064nm激光器、准连续和连续高功率全固态绿光激光器的理论和实验研究等方面。
本文的主要创新点可以归纳如下：
1.研究了1342nm二极管激光器单端泵浦Nd:YVO4激光器，在实验中采用弱聚焦耦合系统、使用低掺杂浓度晶体以及合理的腔型设计获得了7.36W稳定的TEM00模1342nm激光输出，光-光转换效率32.8%,功率不稳定度0.3%。此结果在1342nm激光器的功率稳定性方面处于国际领先水平，在端面泵浦1342 nm Nd:YVO4激光器功率水平方面为国内最高。
2.从理论上研究了双棒之间距离对稳定性和光束质量的影响，结果显示，在热致双折射补偿腔中，当双棒分别靠近激光器腔镜时可以得到更低的M2值，同时发现，双棒内主平面之间距离应接近热焦距长度之和，这样在补偿热致双折射的同时可以实现高功率无损伤运转。
3.用传输矩阵法，通过稳区图分析了单棒对称和非对称平行平面腔结构。在分析稳定条件、r偏振和φ偏振模式尺寸的基础上，阐明了不同谐振腔内实现激光稳定运转的条件。又从理论上分析了有热致双折射补偿和无热致双折射补偿双棒串接腔中，r偏振和φ偏振对谐振腔稳定条件的影响，得到了短腔和长腔情况下的稳区最大范围。并从实验上进行了验证，理论与实验相一致。在双棒短腔情况下，获得了482.3W的1064nm激光输出功率，光-光转换效率40.2%。
高功率全固态绿光激光器国外在这方面已进行了较多研究，实现了平均功率数百w、单脉冲能量数J的高光束质量绿光激光输出。国外的315w二极管泵浦Nd：YAG腔内倍频绿光激光器以及138w的双棒串接L型腔单端输出绿光激光器分别代表了腔内倍频绿光激光器输出功率和光束质量的最高水平。
国内从2003年开始开展了百w级二极管泵浦腔内倍频绿光激光器的研究。2004年，天津大学直腔输出104W绿光功率口。2005年电子部11所姜东升等采用z型腔在重复频率10kHz时输出120W绿光，脉宽为95ns。建立高功率腔内和腔外倍频绿光激光器实验装置，通过倍频晶体的精密温度控制、谐振腔和激光功率放大器的优化设计，可实现高功率绿光激光输出。在激光放大器实验装置上，进行激光模块热效应补偿和受激布里渊相位共轭能改善激光光束质量。
