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高功率全固态绿光激光技术研究进展

2013-06-02 00:47
小伊琳
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  本文报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率lOkHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光一光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在承复频率400Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525耐的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。

  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。

        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。Chang等的315W二极管泵浦Nd:YAG腔内倍频绿光激光器和Konno等口3的双棒串接L型腔单端输出138W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。Syuhei等报道了长时间运行的100W二极管泵浦Nd:YAG激光放大器绿光激光器,唐淳等报道了160W激光二极管泵浦电光调Q主振荡功率放大器绿光激光器L7吨。本文介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所的高功率绿光激光器新进展。建立了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,实现了高功率绿光激光输出。在激光放大器实验装置上,进行了激光模块热效应补偿和受激布里渊相位共轭等改善激光光束质量的实验研究。

  l、倍频晶体及温度控制

  在高功率绿光激光器中,基波在倍频晶体上的功率密度较大,倍频晶体吸收部分基波和倍频光会产生热效应,晶体内部的温度升高,导致常温下晶体切割的相位匹配角发生偏移,引起倍频晶体的相位失配;另外,随着泵浦功率的增加,晶体的热透镜焦距也在发生变化,从而限制了倍频光输出功率的提高。所以必须对倍频晶体采取有效和快速冷却及精密温度控制措施,倍频晶体冷却实验装置采用半导体制冷片进行制冷和加热,能实现倍频晶体精密温度控制和倍频晶体长时间稳定工作。半导体制冷片的热端通水冷却后能有效改善倍频晶体在激光加载过程中的温度稳定性,绿光功率很快趋于稳定。

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