基于灰色跟踪电阻KTP晶体的高效腔内倍频532 nm激光外文翻译资料

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基于灰色跟踪电阻KTP晶体的高效腔内倍频532 nm激光

山东大学水晶材料研究所水晶材料国家重点实验室，济南250100，中国石家庄青岛266100

e-mail：jlhe@sdu.edu.cn

2009年10月14日收到; 最终形式，2009年10月23日; 在线发表2010年3月5日

摘要

基于灰色跟踪电阻（GTR）KTP晶体,性能高效的紧凑的腔内倍频532nm激光被研究出来了。灰色跟踪测试表明我们实验中使用的KTP具有良好的抗灰度跟踪能力。这个GTR-KTP吸收系数测量在1064和532nm处的分别为％/ cm和0.2％/ cm。在10kHz的重复频率和10 mm长 GTR–KTP下获得最大值在532nm处的平均输出功率为40.6W，其对应于22.6％的泵转化为绿色转换效率。调Q后1064nm到10kHz重复频率的绿色功率的有效转换效率高达86.4％。

1 介绍

大功率全固态绿色激光器有很多应用，如标记、海洋勘探、水下通信和医疗应用[1-3]。LBO晶体由于其高损伤阈值而被普遍用于高功率绿色激光器，并且不受非线性吸收或光折射效应的影响[4-8]。然而，LBO的非线性系数和热接收参数小于KTP的非线性系数和热接收参数。这对LBO在倍频中的应用有着严格的要求，例如长LBO晶体需要窄温接收带宽[9]。对于KTP晶体，灰色跟踪效应对在532nm处泵浦的1064nm二次谐波产生（SHG）[10-11]和光参量振荡（OPO）具有有害影响[12]。参考归因于灰色跟踪效果和中心的形成和吸收。KTP的灰色跟踪行为取决于铁含量[14]，OH浓度[15]和操作温度[16-17]。所以提高KTP对灰色跟踪的电阻将有利于获得高效率的532nm一代。

在本文中，进行灰色跟踪测试第一，表明KTP具有较高的抵抗力到灰色跟踪。 这个吸收系数测量1064和532 nm处的GTR-KTP为％/ cm和0.2％/ cm。。 基于这种灰色跟踪电阻（GTR）KTP晶体，演示了高效和紧凑的腔内频率掺杂Nd：YAG 532 nm激光器。 下LD泵功率为180W，最大平均值532nm处的输出功率为40.6W 在10毫米长的重复频率为10 kHzGTR-KTP。 有效的转换效率来自Q开关1064 nm到10 kHz的绿色功率重复率高达86.4％。 不稳定10小时长的绿色平均输出功率为40.6瓦，也测量为0.3％。

2 实验设置

紧凑型腔内532nm激光器的实验布置在图1中示意性地示出。 基波源是Nd：YAG模块，其中3mm直径和65mm长的水冷Nd：YAG棒由9个二极管阵列侧向泵浦，可用的最大输出功率约为180 W在808nm。 基本腔由反射镜M1，Nd：YAG模块，AOQ切换器和端镜M3组成。 M1是具有800mm曲率半径的凹面镜，并且在1064和532nm（Rgt; 99.8％）下涂覆高反射。 AO Q开关在两个表面上都具有1064nm的抗反射涂层，并且在中心频率为24MHz的情况下以50W的功率驱动。

图1 532nmNd：YAG激光倍频示意图

图2（a）1064nm吸收系数的典型演变; （b）采取横向扫描曲线紧随灰色跟踪测试

532nm发生器由用于非线性转换的内部平面镜M2，KTP晶体和平坦的输出耦合镜M3组成。 M2在一个表面上具有1064nm（R lt;0.2％）的抗反射涂层，在1064nm（Tgt; 90％）具有高透射率涂层，在另一表面上具有532nm（Rgt; 99％）的高反射涂层。

输出耦合器M3在1064nm（Rgt; 99.8％）高反射涂层，在一个表面上以532n（Tgt; 90％）涂覆高透射率，并且在532nm处具有抗反射涂层（R lt;0.2％ ）在另一个表面。 GTR-KTP晶体的尺寸为4times;4times;10mm 。是1064的防反射涂层和532nm（R lt;0.2％），并用于II型II相匹配构型。 将非线性晶体用铟箔包裹并安装在其中在20℃的温度下由水冷却的铜块。 整个基体腔长度为200mm，532nm腔体长度为22mm。该输出激光脉冲的时间形状由Tektronix DPO7104数字示波器（1GHz带宽，5 Gs/s采样率）和光电检测器（新焦点，型号1621）进行记录。

3实验结果和分析

首先对相同类型的KTP进行灰色跟踪测试。尺寸为5.5times;5.5times;5.0 mm 3的未涂层样品取向为II型在室温下匹配1064 nm辐射的二次谐波产生。功率密度为25kW/cm 2的CW 532nm激光束聚焦在垂直于KTP的z轴的偏振晶体上。这被用于诱导灰色跟踪损伤。以下对于各种泵浦功率下的激光输出功率的测量都是在基于高效的入侵频率532 nm激光的基础上进行的，图2a和图2b对比展示了在1064nm和532nm两个不同的输出窗下的激光输出功率。图5示了实际的脉冲波形。还利用附加的CW 1064nm光束作为探测光束来监测IR吸收。图2a显示了在1064nm处的吸收系数的典型演变，其照射时间为700s。图2b显示了在灰色跟踪测试后立即采集的横向扫描曲线（532nm处的吸收系数）。可以看出，在532nm暴露几分钟后，1064nm处的吸收达到/cm的渐近值。在晶体中心处的532nm处的吸收为约0.2％/cm。这些结果表明，KTP具有良好的抗灰色跟踪能力。

图3.二极管侧泵浦Nd：YAG激光器在1064nm处的输出特性

图4 532 nm处的平均输出功率和脉冲宽度与10 kHz重复频率下的LD泵功率的关系

图5 532 nm处的平均输出功率与重复率的关系，插图显示典型的脉冲形状

图6 10小时以上的平均输出功率波动

首先研究了Nd：YAG模块的CW和脉冲输出特性，没有GTR-KTP，并用1064nm输出耦合器代替532nm输出耦合器。发现输出耦合器的最佳透射率约为10％相应的实验结果如图3所示。对于CW操作，在180W的LD泵功率下获得59.7W的最大输出功率，相应的阈值泵浦功率为46W。在Q切换状态下，平均输出功率呈现出34,47的变化，50 W，重复率分别从5,10到15kHz。通过将GTR-KTP插入上述腔并利用532nm输出耦合器，证明了二极管侧泵浦Q开关腔内倍频Nd：YAG绿色激光器的性能。图4显示了在532nm的平均输出功率和10kHz的重复频率下的LD泵功率之间的关系。如可以看出的，在LD泵功率为180W的情况下，10 mm长晶振达到了40.6 W的最大绿色输出功率，对应于22.6％的泵送到绿色转换效率。有效的转换效率来自Q切换1064 nm到10 kHz重复率的绿色功率高达86.4％。显示脉冲宽度与LD泵浦功率的曲线也在图4中给出。相应的最小脉冲宽度为103ns，典型的脉冲形状如图5所示。

在LD泵功率为180W时，我们研究了绿色平均输出功率与重复率之间的关系。发现了输出功率将首先以重复率增加，并以10 kHz获得最大值。然后随着重复率的进一步增加而减少。这种现象可以理解如下。当针对给定的腔体和LD泵浦功率的重复率增加时，每秒的基本脉冲数被增加，但是也可以相应地降低脉冲峰值功率。一开始，基波脉冲数的增加在操作上有明显优势，平均532 nm输出功率随着重复频率的增加而增加。重复的进一步增加可能使脉冲峰值功率的降低逐渐成为强大的过程，从而导致532nm输出功率的降低。也测量了10小时长的绿色平均输出功率在40.6W的不稳定性，结果如图6所示，相应的波动估计为0.3％。输出光束的直径在平面输出耦合镜后面的距离为200厘米处测量为约2.6厘米。其远场分歧为6.5 mrad。

4 结论

证明了基于GTR-KTP晶体的二极管侧泵浦AO Q开关腔内倍频Nd：YAG 532nm激光器的性能。 该GTR-KTP在1064和532nm处的吸收系数分别为％/ cm和0.2％/ cm。由于改进的灰度跟踪电阻，对于10mm长的GTR-KTP，在10kHz的重复频率下获得532nm处的最大平均输出功率为40.6W，这对应于22.6％的泵送到绿色转换效率。 调Q后 1064nm到10kHz重复频率的绿色功率的有效转换效率高达86.4％，10个小时长的绿色平均输出功率在40.6W的不稳定性也测量为0.3％。

致谢

这项工作得到了中国国家自然科学基金（授权号60878012和50721002），山东省自然科学基金资助号-2007A22和泰山学者纲要的支持。

印度科学院院士Vol。 82，第2号

- 2014年2月的杂志

物理学 第191-195页

热双折射补偿线性腔内Nd：YAG棒激光器具有73 ns脉冲持续时间和160 W绿色输出功率

固态激光科，Raja Ramanna先进技术中心，Indore 452 013，印度通讯作者。

电子信箱：sksharma@rrcat.gov.in

文件号：10.1007/s12043-013-0661-x；电子出版：2014年2月9日

摘要

在热双折射补偿线性腔配置中，证明了通过AO Q开关Nd：YAG / LBO基激光器的内腔倍频的〜160W的平均绿色功率。 相应的光转换效率估计为〜12.7％。 脉冲重复率为20 kHz，单个脉冲持续时间为73 ns。 光束质量参数测量为18。

关键字：Nd：YAG激光;二极管侧泵浦; 热透镜Q开关; 线性腔 腔内二次谐波产生。

1 介绍

高平均功率绿色激光束，重复率高，脉冲持续时间短并且相当好的光束质量是各种工业和科学应用的有吸引力的来源。这种激光器的重要应用之一是泵送高功率Ti：蓝宝石或基于染料激光的可调谐振荡器和放大器系统。为了有效泵送这些系统，具有高重复率[1]，高脉冲能量（5-10 mJ）[2]，高峰值功率（〜100 kW）[2]和M2参数的高平均功率绿色激光束少于30 [3]。重复Q开关大功率二极管泵浦Nd：YAG棒激光器工作在〜1mu;m波长的腔内倍频已被证明是生成高效率，良好光束质量和低不稳定性的高平均功率绿光束的有效方法。然而，难以从腔内倍频系统获得高的平均功率以及短的脉冲持续时间，这主要是由于高效变频器所需的谐振器的高精度[4]。尽管近期已经作出了相当大的努力，以减少腔内倍频Nd：YAG激光器的脉冲持续时间，功率限制在小于或大于100W [5-7]。

在本文中，我们报告了高平均功率绿色激光系统的发展以满足上述应用的要求。 我们已经从具有〜12.7％的泵到绿色转换效率的热双折射补偿的线性腔内倍频Nd：YAG激光器展示了160W的平均绿色功率。激光以20kHz的重复频率重复Q开关。 在最大工作泵功率下，脉冲能量，脉冲持续时间，峰值功率和光束质量参数分别测量为8 mJ，73 ns，110 kW和18。

2.实验设置

激光装置在图1中示意性地示出。激光器由两个泵组成头（PH1和PH2）将二极管激光束耦合到Nd：YAG棒，非线性晶体用于腔内倍频，两个声光调制器（QS1和QS2）用于重复Q开关，90°石英旋转器和线性谐振器。两个激光头模块具有相同的几何形状，每个激光头由Nd：YAG棒（直径：4毫米长度：100mm，取向：[111]），具有0.6at％的Nd 3 掺杂浓度，冷却套筒，漫射光学反射器和三个二极管阵列模块。水晶杆具有细磨的桶，以最小化由画廊模式引起的光学损耗发生在圆形晶体表面内。杆被抗反射涂层包围冷却套管并放置在三缝对称圆柱形扩散的中心光学腔。扩散光腔均匀地分布泵浦光束晶体棒，并使热相关的光学损耗最小化。泵梁从线性二极管阵列通过三个狭缝（1.5mm宽）耦合到激光棒，的扩散光学腔的三重对称性。总泵送功率来自在这两个激光头中使用的激光二极管在最大工作电流下为〜1.5 kW用于此设置。用于热稳定谐振器的两个泵头之间的距离在先前的模拟结果的基础上进行了优化，并保持190 mm。 A 90◦由结晶石英制成的偏振旋转器放置在两个相同的泵之间用于补偿激光棒中的热诱导双折射。两个水冷3.8mm直径的孔A1和A2靠近两侧的外表面放置激光棒避免其损坏。

对于二次谐波发生（SHG），我们使用了18mm长的LBO晶体切割在室温下进行II型相匹配。 将LBO晶体放置在使用冷却器单元保持在20℃的加压铜块安装座中。

图1 实验装置示意图

Q开关我们使用两个正交AO调制器（载波频率=24 MHz），以增加压头能力并放置在两个泵头之间如图1所示。激光谐振器是凹凸线性腔，被设计成在增益介质上获得大的模式面积，并且在LBO晶体处获得紧密的光斑尺寸以实现有效的二次谐波产生。背面反射镜M1是基波长为1064nm（Rgt; 99.7％）和二次谐波波长532nm（Rgt; 99.5％）的具有高反射涂层的平凹（曲率半径=2mu;m）。镜M2是在1064nm（R lt;0.2％）具有抗反射涂层并且在532nm处具有高反射（Rgt; 99.5％）的平面谐波镜，以便反射反向产生的绿色光束。输出镜M3是在SHG波长处具有基本波长（Rgt; 99.7％）和高透射率涂层（Tgt; 95％）的高反射涂层的平凸镜，用于耦合绿色光束。泵头放置在两个反射镜M1和M2之间，并且LBO晶体保持在反射镜M2和M3之间。谐振器的总物理长度保持为〜71.5cm。

3．结果与讨论

使用ABCD矩阵分析估计激光棒和LBO晶体的谐振器稳定性和基模半径的变化，该谐振器结合测量的透镜焦距的变化与泵浦功率的两个泵头。 图2a表示在不同操作泵功

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