63W灯抽运声光调Q腔内KTP倍频Nd_YAG激光器

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窄脉宽Nd_YAG声光调Q激光器研究

窄脉宽Nd_YAG声光调Q激光器研究窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器研究激光器是一种将光能转化为有聚束、单一波长、相干和高能量密度的激光光束的装置。

激光器的发展在科学研究、医疗、军事和工业等领域中起着至关重要的作用。

然而，传统的激光器在高能量脉冲输出时容易产生较宽的脉冲宽度，限制了其在某些应用中的效果。

窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器则是一种经过优化设计的激光器，具有窄脉宽、高能量密度和稳定性好等优点。

在该激光器中，采用的是具有狭缝形谐振腔和声光调Q装置的Nd:YAG晶体。

声光调Q装置可以调节激光的脉宽，使其更加窄小。

这种激光器能够产生高质量的激光脉冲，广泛应用于科研、工业和军事领域。

首先，窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器在科学研究中有重要的应用。

科学研究中通常需要高能量脉冲扫描样品或物体，以获取更详尽的信息。

传统激光器脉冲宽度较宽，往往无法满足这种需求。

而窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器的优势在于其可调谐的脉宽，从而使得研究人员可以根据需求调整激光的参数，实现更精确的研究结果。

其次，窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器在工业应用中也具有巨大的潜力。

在工业加工领域，高质量的激光束对于精确加工和切割等工艺至关重要。

窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器通过产生高能量密度的激光脉冲，可以实现对各种材料的精确加工。

该激光器还具有调整脉冲宽度的能力，可以根据不同材料的需求进行优化，从而提高加工的质量和效率。

此外，窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器还在军事领域中得到广泛应用。

军事使用中，激光器通常用于距离测量、目标照明和干扰等作战需求。

窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器具有高能量密度和稳定性好的特点，能够满足军事作战中对精准定位和干扰的需求。

同时，窄脉宽的特点也使得其在激光雷达和激光指挥系统中表现出优越性能。

总之，窄脉宽Nd:YAG声光调Q激光器作为一种优化设计的激光器，具有窄脉宽、高能量密度和稳定性好等优点。

这种激光器在科学研究、工业应用和军事领域中得到了广泛的应用。

YAG激光器自由运转调Q和倍频实验

Nd:YAG激光器自由运转及调Q实验【实验目的】1.了解固体激光器的结构及工作原理（自由运转和染料调Q），掌握其调整方法；2.了解固体激光器的主要参数的测试技术；3.观察调Q脉冲经过KTP晶体实现倍频现象，了解倍频中相位匹配特性。

【实验原理】一、自由振荡1.固体激光器组成固体激光器主要由工作物质，泵浦光源和光学谐振腔三大部分组成。

常用的工作物质有红宝石，掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG），钛宝石等晶体和钕玻璃等。

谐振腔常用两个平面或球面反射镜。

泵浦光源常用氙灯、氪灯、高压汞灯，碘钨灯。

在本实验中，激光器的主要元件为：①工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；②光学谐振腔：双氙灯，双椭圆聚光腔，重复脉冲电源；③谐振腔镜：双色镜，部分反射镜。

2.自由振荡固体激光器的输出特性自由振荡激光器输出激光脉冲的特点是具有尖峰结构，即由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成。

每个尖峰的宽度约为0.1～1 μs，间隔为数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续的时间。

这种现象称为激光器的弛豫振荡。

产生弛豫振荡的主要原因是：当激光器的工作物质被泵浦，上能级的粒子反转数超过阈值条件时，即产生激光振荡，使腔内光子密度增加而发射激光。

随着激光的发射，上能级粒子数被大量消耗，导致粒子反转数降低，当低于阈值水平时，激光振荡就停止，这时，由于光泵的继续抽运，上能级粒子反转数重新积累，当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复上述过程，直到泵浦结束。

可见每个脉冲都是在阈值附近产生的，因此脉冲的峰值功率水平较低，从这个作用过程可以看出，增加泵浦功率也是无助于峰值功率的提高，而只会使小尖峰的个数增加。

二、调Q 的概念在激光技术中，用品质因数 Q 来描述与谐振腔损耗有关的特性。

Q 值定义为2Q v π=腔内存储的激光能量每秒损耗的能量用W 表示腔内存储的能量，δ表示腔的单程损耗，且设谐振腔长度为L，工作介质折射率n，光速c，则Q 值可表示为22/W nLQ v Wc nL ππδδλ==式中λ0为真空激光波长。

声光调Q倍频YAG激光器实验

实验十二声光调Q倍频YAG激光器实验一、实验目的<1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；<2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；<3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；<4）学习倍频激光器的调整方法。

二、实验原理声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理<1）声光调Q基本原理：图12-1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器<压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。

超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。

如图12-1所示。

光栅公式如下式b5E2RGbCAP<1）式<1）中，为声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，为声光介质的折射率。

当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。

利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。

当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。

在此期间泵浦灯注入给激活介质<激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。

当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。

由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。

声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。

p1EanqFDPw<2）倍频器件工作原理：图12-2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。

图12-3给出了一个单轴晶体的色散及1064nm倍频匹配点的折射率关系曲线。

DXDiTa9E3dR e f r a g t i v e I n d e x l (m m)图12-3 单轴晶体色散曲线及倍频原理示意图图12-3中的实线代表了寻常光的折射率，点划线代表了非常光的折射率，中间的点线则代表了非常光在改变入射光角度时得到的折射率。

LASER激光器的调Q技术专讲..

当声波在某些介质中传播时,该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变,从而导致介质折射率的周期变化,形成等效的位相光栅,其光
栅声常波数频率等较于声高波.声波光长作λ用s.光长束度射d足经够此大介,质满时足发生衍射,一部d分光偏2s离原来方向。当
时(λs与λ分别为声波与光波波si长n),如果λ射光与声波波面的夹角θ满足 2s
只有振荡持续到t＝tD时，增长到了ΦD ，雪崩过程才形成， Φ才迅速增大，受激辐射才迅速超过自发辐射而占优势。
ΦD Φi 图3 从开始振荡到脉冲形成的过程
②激光产生输出忽略泵浦和自发辐射的影响。
因此，调Q脉冲从振荡开始建立到巨脉冲激光形成需要一定的延迟时间△t (也就是Q开关开启的持续时间)。光子数的迅速增长，使△ni迅速减少，到t=tp时刻， △ni= △nt，光子数达到最大值Φm之后，由△n ＜ △nt ，则Φ 迅速减少，此时△n = △nf ，为振荡终止后工作物质中剩余的粒子数。可见，调Q脉冲的峰值是发生在反转粒子数等于阈值反转粒子数(△ni= △nt)的时刻。
声光调Q开关时间一般小于光脉冲建立时间,属快开关类型。由于开关的调制电压只需100多伏,所以可用于低增益的连续激光器,可获得峰值功率几百千瓦、脉宽约为几十纳秒的高重复率巨脉冲。但是,声光开关对高能量激光器的开关能力差,不宜用于高能调Q激。
光轴方向z施加一外电场E ,由于普克尔效应,主轴变为x‘、y’,z‘。令光束沿z轴方向传播,经偏振器后变为平行于x轴的线偏振光,入射到晶体表面时分解为等幅的x' 和y'方向的偏振光,在晶体中二者具有不同的折射率η’x和η’y。经过晶体长度d距离后,二偏振分量产生了相位差δ
2vd
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LD连续和脉冲抽运的Nd:YAG腔内倍频蓝光激光器

LD连续和脉冲抽运的Nd：YAG腔内倍频蓝光激光器韩磊;王加贤【期刊名称】《激光杂志》【年(卷),期】2010()2【摘要】在激光二极管连续抽运的Nd:YAG激光器中,分别采用BIBO和LBO晶体对946nm激光进行腔内倍频,获得473 nm蓝光输出。

抽运功率9.5 W时,BIBO 晶体倍频输出功率为508mW,转换效率5.35%:LBO晶体倍频输出功率为441 mW,转换效率4.64%。

LBO倍频的转换效率小于BIBO,但输出蓝光的光束空间质量较好。

在LD脉冲抽运和LBO晶体腔内倍频的Nd:YAG激光器中,研究了抽运脉冲的调制频率和占空比与蓝光输出功率的关系。

当抽运功率9W,脉冲调制频率100Hz、占空比60%时,得到最大的蓝光输出功率465mW,比相同功率连续抽运提高87mW。

结果表明,LD脉冲抽运能有效降低Nd:YAG晶体的热效应影响,提高激光器输出功率。

【总页数】2页(P1-2)【关键词】蓝光激光器;激光二极管抽运;腔内倍频;热效应;调制频率【作者】韩磊;王加贤【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN248.13【相关文献】1.LD抽运Nd:YAG/KTP腔内倍频16W连续波绿光激光器 [J], 戴厚梅;白晋涛2.LD抽运Nd:YAG/KTP腔内倍频连续绿光激光器实验研究 [J], 沈洪斌;刘秉琦;李刚;国涛;黄富瑜3.紧凑型LD端面抽运Nd:YAG内腔三倍频准连续355 nm紫外激光器 [J], 刘欢;巩马理4.LD抽运的946nm Nd:YAG激光器及其腔内倍频 [J], 刘伟仁;霍玉晶;何淑芳5.LD抽运Nd:YAG/KTP腔内倍频连续波1.2W红光激光器 [J], 周佳凝;温午麒;周睿;丁欣;赵士勇;牛燕雄;王鹏;姚建铨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调QNd_YAG激光器

文章编号:0258 7025(2007)09 119004热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q Nd YAG 激光器冯永伟,戴殊韬,朱小磊(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应,进一步提高重复频率1kHz 激光二极管(LD )侧向抽运高平均功率电光调Q Nd Y A G 激光器的输出功率,设计了一种完全消除热退偏损耗的双调Q 开关谐振腔结构,此结构在传统调Q 谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏方向增加了一个调Q 谐振支路,并使得激光从增益介质方向输出.实验结果表明,此激光器的单脉冲能量比单Q 开关结构的非补偿腔输出能量高出74.7%.当侧面抽运的激光二极管输出脉冲能量达到307mJ 时,激光输出能量达到26.2m J,光光转换效率为8.5%,光束发散角为1mr ad.关键词激光技术;N d Y AG 激光器;热退偏补偿;电光调Q;热致双折射;中图分类号 T N 248.1 文献标识码 A1kHz Electro Optic Q Switched Nd YAG Laser with Complete Compensationof Thermally Induced Depolarization LossFENG Yong w ei,DAI Shu tao,ZH U Xiao lei(Shanghai I nstitute of Op tics and F ine M echanics ,T he Chinese A cademy of S ciences ,S hanghai 201800,China )Abstract A do uble Q sw it cher str uctur ed resonato r that can co mpletely co mpensate the ther mally induced depolarizatio n loss is desig ned t o co mpensate ther mally induced birefr ingence and thermal lens effect of solid g ain medium to g et hig her output pow er fr om a 1kH z laser dio de (LD)side pumped electr o o ptic Q sw it ched Nd Y AG laser.We add a r eso nato r branch a long the w ay o f the depo lar ization dir ection of the po lar izer on the base o f a co nv entional Q swit ch uncom pensated structure laser and the o utput is fro m the N d Y AG crystal side.T he ex perimental results sho w that,in the same situatio n,the pulse ener gy of the improv ed laser is 74.7%higher than that of or ig inal one.At a hig hest input energ y of 307mJ,the pulse ener gy of 26.2mJ is o bt ained.T he o ptic o pt ic eff iciency is 8.5%and t he angle of diver gence is abo ut 1mrad.Key words laser technique;N d Y A G laser ;thermally induced depolarization co mpensation;elect ro o pt ic Q sw itch;ther mally induced birefring ence收稿日期:2006 12 26;收到修改稿日期:2007 03 26作者简介:冯永伟(1981 ),男,河南人,硕士研究生,主要从事固体激光技术、非线性频率转换技术的研究.E mail:yw feng 81@导师简介:朱小磊(1966 ),男,浙江人,研究员,主要从事固体激光器技术及激光器应用系统的研究.E mail:xlzhu@mail.sio 1 引言高平均功率、高重复频率、高光束质量的固态激光器在工业加工、军事装备、空间通信和医疗诊治等领域有着重要的应用价值.随着大功率激光二极管(LD)阵列输出性能的不断提高,激光二极管抽运的全固态激光器(DPSSL )迅速成为激光器发展的热点内容,它具有效率高、性能稳定、输出光束质量好、体积小和使用方便等优点[1].在高功率全固态激光器中,激光二极管的抽运光谱和固体增益介质的吸收光谱能够实现匹配,但是由于介质内的抽运光功率密度显著增强,会出现严重的热效应,引起热致双折射、相位畸变、热聚焦、热透镜等现象,严重影响激第34卷第9期2007年9月中国激光CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERSVo l.34,N o.9September,2007光器的输出功率和光束质量[2~5].随着抽运功率的增大,激光介质的热效应会越来越显著,甚至成为限制激光器性能提高的一个致命因素[6].其中增益介质的热致双折射使激光束的偏振性明显退化,当腔内存在起偏器时,腔内损耗显著增加,将直接导致激光输出功率的下降,成为制约激光器输出功率提升的重要因素.而增益介质严重的热透镜效应将造成增益激活区内振荡模体积的缩小,激活粒子数有效利用率下降,最终限制激光器效率的提高.目前有很多种方法来补偿热致双折射效应.最常见的是在腔内放两根相同的增益介质,并在双介质中间加一个90!旋转片,就可以实现该振荡器的双折射补偿,利用这一技术,已经实现了可忽略功率损耗的线偏振输出和相当于多模功率50%~70%的TEM00模输出[7].在单棒激光谐振腔中,在棒和后反射镜之间放置45!法拉第旋转器,也能够起到相同的作用,实现双折射的补偿[8],而集成了法拉第旋转器和反射镜的法拉第镜,则已被广泛地用于补偿热退偏损耗[9].在高功率的电光调Q N d YAG激光器中,调Q晶体也会出现类似的热致双折射效应,其补偿方法和激光介质的热致双折射补偿方法相同.有人提出用一种环形腔结构来同时补偿调Q 晶体和激光介质的热致双折射效应[10],其原理是在两个相同的泡克耳斯盒之间加入90!旋转器,通过改变激光光束的偏振方向来同时补偿两个晶体的热致双折射效应.我们已利用双电光调Q晶体开展了对激光介质热致双折射效应补偿的研究,很大程度上提高了激光器的输出功率[11].此外,当采用具有天然双折射特性的晶体作为激光介质时,由于晶体中的自然双折射效应远大于热致双折射效应,因而其热退偏效应可以忽略.而应用板条结构激光介质能够消除热退偏损耗,从而成为固体激光器的重要发展方向之一.本文针对重复频率1kH z的激光二极管线阵列侧面抽运的Nd YAG介质热效应特性,为了实现热致双折射效应的完全补偿,设计了复合双调Q晶体开关凸镜全反射支路谐振腔结构,获得了高功率非偏振激光束输出.2 激光器结构设计图1为典型的没有热退偏补偿功能的电光调Q Nd YAG激光器谐振腔示意图.激光介质Nd YA G晶体被32条激光二极管线阵列侧面环绕直接抽运,Nd YAG晶体尺寸为 5m m∀75mm.作为抽运源的激光二极管线阵列阈值电流约为20A,单阵列最大峰值功率为100W(电流为120A),在1kH z重复频率下其占空比为20%.利用KD*P晶体作为电光调Q晶体.激光器谐振腔长为350mm,平板输出耦合镜的透射率为70%.为了补偿高功率抽运下的Nd YAG晶体棒的热透镜效应,采用平凸腔设置,全反射后腔镜(H R mirro r)采用凸镜,参考前期工作的理论分析实验结果[12],实验中凸全反射镜的曲率半径为-250mm.图1传统N d YA G调Q固体激光器结构图F ig.1T ypical Q sw it ched Nd Y AG solid st atelaser图2热退偏补偿谐振腔结构示意图Fig.2Cavity of compensat ion of thermallyinduced depo lar ization图2为本文采用的双调Q晶体热退偏补偿谐振腔设计.此腔在原来未经热退偏补偿谐振腔(称为主路)的基础上加一退偏损耗补偿支路,支路包括 /4波片,KD*P电光调Q晶体和曲率半径为-250mm的后腔全反镜,激光光束在支路中的传播方向与偏振片方向成布儒斯特角,对两路中的KD*P电光调Q晶体加同步调Q电压,同步调Q电压通过一个高压信号发生器并联输出分成两路实现,能精确保证两路调Q电压同步.由于激光介质的热致双折射效应,激光束自增益介质出来后为部分偏振或非偏振光,当其经过偏振片后被分解为s和p 偏振光,分别被偏振片反射到支路中和透过偏振片在主路中振荡.当不对两路中的KD*P晶体加 /4波电压时,两路中的振荡光均两次通过 /4波片,产生90!的相位延迟,则支路中的光通过偏振片出射到腔外,主路被偏振片反射出射到腔外,两路均不能11919期冯永伟等:热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q N d Y AG激光器形成振荡,无法输出激光.当对两块KD*P晶体加上 /4波电压时,两路中的振荡光产生180!的相位延迟,偏振方向不改变,则两路中的光分别单独在两个后腔镜和输出镜间振荡,通过输出镜得到激光输出.这样,尽管增益介质存在严重的热致双折射效应,但两个偏振方向的光都能在腔内振荡,形成有效输出,谐振腔的损耗并没有增大,因此该谐振腔设计可以有效地提高激光的输出功率.此种补偿方式与我们前期工作(文献[9])采用的补偿方式(调Q晶体段输出补偿)有所不同,调Q 晶体段输出补偿输出方向为KD*P电光调Q晶体端,并且在偏振片和激光介质中间需放置另外一个 /4波片(工作原理参见文献[9]).其所用热退偏补偿谐振腔中,被补偿的退偏损耗s分量偏振光每往返通过一次 /4波片和YAG增益介质后,大部分能量被转换成p分量偏振光而成为有效激光输出.经过多次往返,热退偏损耗就被完全补偿,并输出单一偏振(p分量)的激光脉冲.而本文中所用热退偏补偿谐振腔,两支路谐振腔参数完全一致,并允许s偏振分量和p偏振分量同时独立振荡,每次振荡s分量和p分量偏振光均能形成有效输出,热退偏损耗一次得到补偿.但是由于增益介质退偏效应的存在,两个偏振分量在增益介质内发生相互耦合,最后形成无规偏振输出.此激光器结构能同时进行热退偏和热透镜补偿,提高激光输出能量,尽管多了一条补偿支路,激光器结构仅比直线腔略显复杂.3 实验结果为了研究热致双折射的影响和两种热退偏补偿方式的效果,分别测量了对未经热退偏补偿的传统激光器、调Q晶体段输出补偿谐振腔和本文所用的非偏振输出热退偏补偿谐振腔的输出功率、偏振态、发散角和脉冲波形.实验中准连续激光二极管阵列侧向环绕抽运Nd YA G晶体,工作重复频率为1kH z,驱动电流脉冲宽度为200s,Q开关的重复频率也为1kH z.图3为实验获得的在不同抽运能量下三种调Q 谐振腔结构和图1结构静态空腔(D)(谐振腔内只存在增益介质)状态下的输出激光脉冲能量.从图3中可以看出,当抽运脉冲能量最大为307mJ时,未热退偏补偿的谐振强输出脉冲能量为15mJ(A),调Q晶体段偏振输出热退偏补偿激光器输出为21.9mJ(B),非偏振输出热退偏补偿激光器图3输出激光脉冲能量A:未热退偏补偿谐振腔;B:调Q晶体端输出补偿谐振腔;C:非偏振输出热退偏损耗补偿谐振腔;D:空腔静态Fig.3Output pulse ener g yA:output w ithout compensation of thermally induced depolarization;B:com pensated output from Q sw itch ed crystal side;C:un polariz ed output w ith th ermally induced depolarization loss compensated;D:cavity of static ou tput输出为26.2mJ(C),两种补偿方式比不补偿情况下的输出分别提高了46%和74.7%.在最高抽运能量时,未经热退偏补偿的谐振腔光光转换效率为4.9%,两种补偿方式分别为7.1%和8.5%.对偏振度进行测量,发现在最大抽运能量下,输出光束的偏振度相差明显:未经热退偏补偿的谐振腔为4 1,调Q段输出热退偏补偿时为10 1,而激光介质段输出的非偏振输出热退偏补偿时为1 1.通过分析图3的实验结果可以看出,空腔静态输出的单脉冲能量和经过本文所用热退偏损耗补偿谐振腔输出的调Q 单脉冲能量之比为1.7 1,充分显现了热退偏补偿的效果.分析输出激光光束偏振特性可以看出,由于激光介质严重的热致双折射效应,激光通过增益介质之后偏振度明显下降,在未补偿谐振腔内,p偏振光单次通过增益介质后输出部分偏振光;调Q晶体段偏振输出热补偿方式能够保持较高偏振度的激光束输出,而非偏振输出热补偿方式获得偏振度为1 1的非偏振光.实验中,对谐振腔输出激光束的发散角进行测试,该平凸谐振腔结构在最大抽运条件下,其光束远场发散角全角为1m rad,说明本文设计的结构同时将增益介质的热透镜效应做了有效的补偿,保证了激光的光束质量.图4(a),(b)为未热退偏补偿腔、非偏振输出热退偏补偿腔在抽运能量为307m J时的激光调Q脉冲波形,其脉宽分别为14.4ns和33ns.热退偏补偿谐振腔激光脉宽得到展宽的原因是由于进行了热退1192中国激光 34卷图4抽运能量为307mJ时的脉冲(a)未热退偏补偿输出;(b)激光介质段输出补偿输出Fig.4Pulse at307m J pum p energ y(a)output with ou t com pens ation of th ermally indu ced depolarization;(b)comp ensated output from the las er crys tal side偏损耗补偿,使得谐振腔损耗下降明显.受实验条件限制,实验中激光二极管抽运能量比较小.当激光二极管抽运能量进一步提升,伴随着激光输出能量的增大,调Q激光脉冲宽度有望进一步压缩.4 结论针对高重复频率高功率抽运下N d YAG中存在严重的热致双折射和热透镜效应的特点,设计出了非偏振输出的、能同时实现热透镜和热退偏补偿的双电光调Q Nd YAG激光谐振腔.实验测量了激光输出脉冲能量、激光偏振度、发散角、脉宽和脉冲波形,并对未经热补偿的谐振腔、调Q晶体段偏振输出热退偏补偿谐振腔、非偏振输出热退偏补偿谐振腔的激光输出特性进行了比较.通过两种补偿方式,输出能量分别提高了46%和74.7%,三谐振腔光光转换效率分别为4.9%,7.1%和8.5%.第一种补偿方式偏振度为10 1,第二种补偿方式偏振度为 1 1,为圆偏振光,在只要求输出能量的情况下,第二种补偿方式有着更大的优点,激光远场发散角为1mrad.参考文献1 Yan g Aifen,Bu Yinghua,Chen 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Nd-YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验讲义

Nd:YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验一、实验目的1. 掌握电光调Q 的原理及调试方法；2. 学会电光调Q 装置的调试；3. 掌握相关参数的测量。

二、实验原理1. 调Q 技术原理调Q 技术中，品质因数Q 定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比，可表示为：每秒钟损耗的激光能量腔内贮存的激光能量02πν=Q （1）式中0ν为激光的中心频率。

如用E 表示腔内贮存的激光能量，γ为光在腔内走一个单程能量的损耗率。

那么光在这一单程中对应的损耗能量为E γ。

用L 表示腔长；n 为折射率；c 为光速。

则光在腔内走一个单程所需要时间为。

c nL /由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为c nL E /γ这样，Q 值可表示为γλπγπν002/2nL nL Ec E Q == （2）式中00/νλc =为真空中激光波长。

可见Q 值与损耗率总是成反比变化的，即损耗大Q 值就低；损耗小Q 值就高。

固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏的尖峰脉冲序列，从而阻碍了激光脉冲峰值功率的提高。

如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡阈值，振荡不能形成，使激光工作物质上能级的粒子数大量积累。

当积累到最大值（饱和值时），突然使腔内损耗变小，Q 值突增。

这时，腔内会象雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，在短时间内反转粒子数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在透反镜端耦合输出一个极强的激光脉冲。

在这个过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，但是，如果调Q 器件设计及调整得不好也会导致多脉冲出现。

所以，输出光脉冲脉宽窄，峰值功率高。

通常把这种光脉冲称为巨脉冲。

调节腔内的损耗实际上是调节Q 值，调Q 技术即由此而得名。

也成为Q 突变技术或Q 开关技术。

谐振腔的损耗γ一般包括有：54321αααααγ++++= （3）其中1α为反射损耗；α2为吸收损耗；α3为衍射损耗：α4为散射损耗；α5为输出损耗。

NdYAG激光器的特性试验：电光调Q及倍频技术

、实验目地:1、掌握电光Q开关地原理及调试方法•2、学会电光Q开关装置地调试及主要参数地测试3、掌握倍频地基本原理和调试技能.4、了解影响倍频效率地主要因素.二、实验原理1.电光调Q调Q技术地发展和应用，是激光发展史上地一个重要突破.一般地固体脉冲激光器输出地光脉冲，其脉宽持续在几us甚至几ms,其峰值功率也只有 kw级水平,因此，压缩脉宽,增大峰值功率一直是激光技术所需解决地重要课题 . 调Q技术就是为了适应这种要求而发展起来地.b5E2RGbCAP调Q基本概念：用品质因数Q值来衡量激光器光学谐振腔地质量优劣，是对腔内损耗地一个量度.调Q技术中，品质因数Q定义为腔内贮存地能量与每秒钟损耗地能量之比，可表达为：式中V o为激光地中心频率.如用E表示腔内贮存地激光能量，丫为光在腔内走一个单程能量地损耗率•那么光在这一单程中对应地损耗能量为丫 E.用L表示腔长；n为折射率；c 为光速.则光在腔内走一个单程所用时间为nL/c.由此，光在腔内每秒钟损耗地能量为丫 Ec/nL.这样Q值可表示为p1EanqFDPw式中为真空中激光波长.可见Q值与损耗率总是成反比变化地，即损耗大Q 值就低；损耗小Q值就高.固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏地尖蜂脉冲序列, 从而阻碍了激光脉冲峰值功率地提高 .如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内地损耗增大 ,即提高振荡阈值 ,振荡不能形成 , 使激光工作物质上能级地粒子数大量积累 .当积累到最大值（饱和值时 >,突然使腔内损耗变小 ,Q 值突增.这时, 腔内会像雪崩一样以飞快地速度建立起极强地振荡 , 在短时间内反转粒子数大量被消耗 ,转变为腔内地光能量 ,并在透反镜端面耦合输出一个极强地激光脉冲 .通常把这种光脉冲称为巨脉冲•调节腔内地损耗实际上是调节Q值,调Q技术即由此而得名.也称为Q突变技术或Q开关技术.DXDiTa9E3d用不同地方法去控制不同地损耗，就形成了不同地调Q技术.有转镜调Q技术 , 电光调 Q 技术、可饱和染料调 Q 技术、声光调 Q 技术、透射式调 Q 技术 . RTCrpUDGiT本实验以电光Q开关激光器地原理、调整、特性测试为主要内容.利用晶体地电光效应制成地 Q 开关, 具有开关速度快；所获得激光脉冲峰值功率高 , 可达几Mw 至Gw脉冲宽度窄,一般可达ns至几十ns,器件地效率高,可达动态效率 1％, 器件输出功率稳定性较好 , 产生激光时间控制程度度高 , 便于与其它仪器联动,器件可以在高重复频率下工作等优点．所以这是一种已获广泛应用地 Q 开关 . 5PCzVD7HxA YAG棒在闪光灯地激励下产生无规则偏振光，通过偏振器后成为线偏振光，若起偏方向与KDP晶体地晶袖x（或y>方向一致，并在KDP上施加一个V1/4地外加电场.由于电光效应产生地电感应主轴X'和y '与入射偏振光地偏振方向成450角, 这时调制器起到了一个1/4 波片地作用 , 显然,线偏振光通过晶体后产生了n /2地位相差，可见往返一次产生地总相差为n ,线偏振光经这一次往返后偏振面旋转了90°, 不能通过偏振器 . 这样, 在调制晶体上加有 I/4 波长电压地情况下, 由介质偏振器和 KD*P 调制晶体组成地电光开关处于关闭状态 , 谐振腔地 Q 值很低 , 不能形成激光振荡 . jLBHrnAILg虽然这时整个器件处在低 Q值状态，但由于闪光灯一直在对 YAG棒进行抽运, 工作物质中亚稳态粒子数便得到足够多地积累 , 当粒子反转数达到最大时 , 突然去掉调制品体上地 l ／4 波长电压 , 即电光开关迅速被打开 , 沿谐振腔轴线方向传播地激光可自由通过调制晶体 ,而其偏振状态不发生任何变比 ,达时谐振腔处于高Q值状态，形成雪崩式激光发射.XHAQX74J0X2•倍频技术原子是由原子核和核外电子构成.当频率为w地光入射介质后，引起介质中原子地极化，即负电中心相对正电中心发生位移r形成电偶极矩er ,其中e是负电中心地电量.我们定义单位体积内原子偶极矩地总和为极化强度矢量P= Nm,N是单位体积内地原子数.极化强度矢量和入射场地关系式为LDAYtRyKfE其中 ------- f…分别称为线性极化率、二级非线性极化率、三级非线性极化率….并且在一般情况下-------- …,每增加一次极化,值减小七八个数量级•由于人射光是变化地,其振幅为——I ,所以极化强度也是变化地.根据电磁理论，变化地极化场可作为辐射源产生电磁波一一新地光波.在入射光地电场比较小时（比原于内地场强还小 >, -----）等极小,P与E成线性关系为----- 1 ,新地光波与入射光具有相同地频率,这就是通常地线性光学现象•但当入射光地电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来•新地光波中不仅含有入射地基波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，频率变换•这就是只有在高强度地激光出现以后，非线性光学才得到迅速发展地原因•设有下列两波同时作用于介质：Zzz6ZB2Ltk介质产生地极化强度应为二列光波地叠加.有尸=工⑵[如 cos（3] I 十&z）+X^cos 十-X tZi[j4?aos1（<»l t++盅 cos? 爲z）+ 24^,005 +jt（j）oos （ftjjt+fcjz）].经推导得出，二级非线性极化波应包含下面几种不同频率成分：P切=p眉5 [2〔附+局刃]，y （1J尸如=N-盅8时2（呼+Q）L吒,g = 十5”十％ + 丘訂工L从以上看出,二级效应中含有基频波地倍频分量（2 i＞. （2 2＞、和频分量（1十2＞、差频分量（1 —2＞和直流分量.故二级效应可用于实现倍频、和频、差频及参量振荡等过程.当只有一种频率为地光人射介质时，那么二级非线性效应就只有除基频外地一种频率（2 ＞地光波产生，称为二倍频或二次谐波 .dvzfvkwMIl为了获得最好地倍频效果，除了入射光要足够强＜功率密度高）、晶体地非线性极化细述要大外，还要使特定偏振方向地线偏振光以某一特定角度入射，这个特定地角度由相位匹配条件决定.rqyn14ZNXI从理论分析可得倍频效率地关系式如下L为倍频晶体地通光长度,只有当△ K= 2K1 — & = 4n /入i（n co -n2 co ＞=0,即n3 = n2o时,效率最高.我们将之称为位相匹配条件.EmxvxOtOco怎样实现相位匹配呢？对于介质，由于存在正常色散效应，是不能实现相位匹配地.对于各向异性晶体，由于存在双折射，可以利用不同偏振态之间地折射率关系实现相位匹配.SixE2yXPq5目前常用地负单轴晶体,如KDP它对基频光和倍频光地折射率可以用图 3 —1地折射率面来表示.图中实线是倍频光地折射率面，虚线是基频光地折射率面.球面为0光折射率面,椭球为e光折射率面.折射率面地定义为，它地每一根矢径长度＜从原点到曲面地距离）表示以此矢径方向为波法线方向地光波地折射率.从图中可以看出如果基频光矢o光,倍频光是e光，那么当波面沿着跟光轴成9角地方向传播时，二者折射率相同，9称为相位匹配角.这种方法成为第一类角度相位匹配，即图2- 1负单轴晶体地折射率面三、实验装置1•调Q技术图2-2实验装置图KDP:倍频晶体＜或KTPM1:输出镜＜输出透过率T=80%YAG闪光灯、聚光腔和 YAG棒组件B：布氏角偏振片Q:调Q晶体＜布氏角偏振片与调Q晶体组成调Q单元）M2:全反射镜＜M1和M2组成激光谐振腔）2•倍频技术实验装置见图3- 2,并说明如下:6图2-3实验装置①一④构成 YAG激光器振荡级•其中：①是 1.06微M全反射镜；②是DKDF电光调Q晶体及介质膜起偏器；③为 YAG激光器地主体•包括 YAG棒、氙灯、聚光腔和冷却系统；④是输出端平面反射镜•对 1.06微M激光T= 80%经边束调制地YAG调Q激光器产生地1.06微M激光是全偏振光，通常为偏振方向在竖直方向上地O光，以满足倍频晶体相位匹配地要求.kavU42VRUs⑤KTP倍频晶体,将1.06微M地红外激光转变成0.53微M地绿光•晶体地入射面镀有对1.06微M地增透膜，出射面镀有对0.53微M地增透膜,倍频效率约5%〜15% .KTP晶体易损伤,操作时要细心.y6v3ALoS89⑥能量计.四、实验内容与步骤1•调Q技术1、用He-Ne激光束或自准直平行光管，调整激光器各光学元件地高低水平位置,使各光学元件地对称中心基本位于同一直线上.再调整各光学元件地俯仰方位,使介质膜反射镜、偏振器、电光晶体地通光面与激光工作物质端面相互平行不平行度小于一弧分.M2ub6vSTnP2 、启动电源，在不加/4晶体电压情况下，工作电压取550V,反复调整两块谐振腔片,使静态激光输出最强，记下输出激光能量.一般称不加调Q元件地激光输出为静态激光，而加调Q元件地激光输出为动态激光或巨脉冲激光.0YujCfmUCw3、关门实验，加上偏振片及调Q晶体，给电光晶体加上恒定地/ 4电压（V /4>,绕光轴转动KDP晶体，充电并打激光，反复微调电光晶体，直至其x、y 轴有偏振器地起偏方向平行.同时适当微调电压 V /4,直到激光器几乎不能振荡为止（出光明显比静态激光能量低 >.此即说明电光 Q开关已处于关闭状态（低Q值状态 >.eUts8ZQVRd4、接通电光晶体地退压电路，打动态激光，微调闪光灯开始泵浦至退去V /4电压之间地延迟时间电位器，一面观察激光强弱，一面微调延迟电位器旋钮,直到激光输出最强.记下巨脉冲能量值.sQsAEJkW5T5、改变脉冲泵浦能量，每增加工作电压50V测量一次,用能量计分别测出几组静、动态输出能量.一直测到800V,计6组数据.GMslasNXkA2.倍频技术由于本实验具有强光和高压电，为保证安全，必须首先仔细阅读实验室注意事项、然后才开始操作.1调整激光器出射光方向，使其和基座导轨同方向并与导轨上各光学器件处于等高地水平方向，这样便于接收调节•检测YAG激光器输出光能量是否正常微调YAG放大器基座,与激光器保持共轴，使输出能量最佳•对1.06微M不可见地红外激光除可用能量计准确测定其能量值外.还可用烧斑纸对光地有无和能量地大小进行粗略捡查.TlrRGchYzg2、将倍频晶体、能量计放置在同一水平高度上.使KTP晶体处于o+o->e地第一类相位匹配方式.3、由于晶体切割时，截面地法线与晶体地光轴夹角即为该晶体地相位匹配角,入射光只要垂直射到晶体上，就可获得最好地倍频效果.转动倍频晶体，使 1.06微M地基频光以不同角度入射于晶体.从光强地变化中也可看出，当倍频光由弱地圆环或散开地光斑缩为一耀眼地光点时，即达到了最佳匹配状态.鉴于光束地发散，能量计与倍频晶体一般保持在 10cm处.在测量地过程中，能量计放置地角度也会随着出射光方向地改变稍有变化.7EqZcWLZNX4、将倍频晶体固定在最佳倍频位置，用能量计分别测出1.06微M地输人光强及0. 53微M地倍频光强、计算出倍频效率——：反复测三遍.取平均结果.lzq7IGf02E五、实验报告要求1.利用公式分别计算出在同一泵浦能量下地动态与静态激光输出能量之比称为动静比.耳=动态激光输出能量/静态激光输出能量zvpgeqJIhk2.总结相位匹配原理，对实验数据进行列表整理六、思考题1.试述改变退压延迟时间t o和加在晶体上地电压值为什么会影响调Q激光器地输出？2.如何知道本实验地倍频为第一类相位匹配？若改用第二类相位匹配，应如何做？。

LD泵浦KTP腔内倍频Nd：YAG红光激光器

实验采用 Ⅱ类临界相位匹配ＫＰ晶体对１３９ｎＴ１ｍ基频波腔内倍频，在泵浦功率７ｗ时得到８ｗ６ｍ
６０ｎ红光，６ｍ光一光转换效率为１２％．．２关键词：二极管泵浦；Ｎ：ＡｄＹＧ；ＫＰＴ；红光激光器中图分类号：Ｎ４．４Ｔ２８３文献标识码：Ａ
点．它的走离角较大，但晶体长度使用时受到限制．
ＬＯ是另外一种广泛应用的倍频晶体，Ｂ具有很高的破坏阈值、的允许角及小的走离角，宽宽的Ｉ类及
一，射１３９ｎＩ辐１ｍ波长（四能级结构）三种跃迁的分支比为６：５１受激发射截面分别为ｏ：．０２：４，６４
４６×１２ｃ０－。ｍｏ９－４６＝９． ×１２ｍ，１１２０Ｉ。ｃ９＝８． ×１２ｍ从以上数据可以看出３７０Ｉ。ｃ
幽２谐振腔示意图
Ｆｇ２Ｓｈｍａｉｆｌｓｒｃｖｔｉ．ｃｅｔｏｅａｉｃａｙ
１２Ｉ类临界相位匹配ＫＰ倍频．ＩＴ
ＫＰ作为优良的倍频晶体具有非线性系数大，Ｔ高的破坏阈值，大的允许角、允许温度，不易潮解等优
维普资讯
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６０・
山西师范大学学报（自然科学版）
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２０拄０８
Ｍ２
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ｌＮ：ＡｄＹＧ晶体Ｎ能级
Ｆｇ１Ｅｅｇｖｌｓｈｍｅｏｄｉｒｓａｄ：ｉ．ｎｒｙｌｅｃｅｆＮ “ ｎｃｙｔｌＮＹＡＧｅ

Q开关Nd YAG激光治疗仪

谢谢观看
注意事项
注意事项
1.术前患者需要将治疗区域清洁干净，避免油脂停留。 2.术后将无菌纱布置于治疗区域，同时使用冰袋冷敷30～60分钟。 3.创伤面积较大时，需口服或注射抗生素。 4.保持治疗区域清洁干燥，在局部结痂之前不可碰水，以防感染。 5.不要摩擦或强力揭下结痂，应使结痂自然脱落。 6.不可过早用化妆品，局部勿搽有刺激性的药物。 7.在治疗后半个月至半年时间，一定要做好防晒。在室内也要涂抹适宜的防晒霜，室外要加强防晒。 8.清淡饮食，多食含维生素C、维生素A及维生素E等蔬菜、水果及含蛋白质丰富的鱼、肉、奶类，以利于伤口愈合和减少色素沉着。避免食用含有色素的产品及辛辣刺激的食物。
由于激光能量在极短时间内释放，因而形成峰值极高的巨脉冲，色素颗粒在瞬间吸收巨大的激光能量后，迅速膨胀、爆裂，而细胞框架可以被完整保留下来并得以修复，色素颗粒被破碎后逐渐被吞噬细胞吞噬并排出体外，使得病变局部色素减少。同时激光与人体组织之间的相互作用所产生的热能被有效地限制在靶组织内，从而避免了周围组织的热损伤。也就是在对正常组织几乎无损的情况下达到治疗效果。
临床应用
临床应用
1.太田痣、伊藤痣、祛除文身、文眉、文眼线、文唇。 2.胎记、黄褐斑、老年斑、雀斑、各种色素沉着。 3.非侵入性面部皮肤年轻化，即减少皱纹、面部美白、紧肤与浅层红血丝。 4.甲癣的治疗。 5.眼前节组织的切开和切除术（例如晶状体后囊切开术、周边虹膜切开术、开角型青光眼和高眼压症）。
Q开关Nd：YAG激光治疗仪，即Q-switched neodymium-doped yttrium aluminum garnet，指Q开关掺钕钇铝石榴石激光治疗仪。其主要结构如图所示。
Q开关Nd:YAG激光治疗仪的结构

基于半导体可饱和吸收镜实现闪光灯抽运Nd：YAG激光器的被动调Q与锁模

ｓｒｏｌｐｒｔｓｉｈｓｔｈｄｍｏｅａｄｔｅｐｌｅｄｒｔｎｏｈｓｔｈｄｐｌｅｉ９ｓｎｅｎｙｏｅａｅｎｔｅＱ－ｗｉｅｄｎｈｕｓｕａｉｆｔｅＱ－ｗｉｃｅｕｓｓ０ｎ，ａｄｃｏ
模器件。
关键词：光技术；导体可饱和吸收镜；激半Ｎｄ：ＹＡＧ激光器；动调Ｑ动锁模被被
中图分类号：Ｎ２８１Ｔ４．
文献标识码：Ａ
Ｐｓｉ－ｗｔｈｎｎｄ－ｃｉｇｉａｈａ－ｕｅｄ：ＡａｓｅＱｓｉｉｇａｄｍｏｅｌｋｎａｆｌｍｐｐｍｐｄＮＹＧｖｃｏｎｌｓ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈａｓｖｓｔｈｄａｄｍｏｅｌｃｅｐｒｔｏｓｗｅｅｒａｉｅｎａｆａｈａｐｐｍｐｄｅｐｓｉｅＱ－ｗｉｃｅｎｄ —ｏｋｄｏｅａｉｎｒｅｌｄｉｌｓｌｍｕｅｚ
ｐｌｅｔａｎｗｉｈ２ｎｒｙａｄ３ｓｐｌｅｄｒｔｎｉｂａｎｄＴｈｉｅｅｃｓｏｈａｓｖｕｓｒｉｔ７ｍＪｅｅｇｎ５ｐｕｓｕａｉｓｏｔｉｅ．ｏｅｄｆｒｎｅｆｔｅｐｓｉｅｆ
ｄ基于半导体可饱和吸收镜实现闪光灯抽运Ｎ：ＹＡＧ
激光器的被动调Ｑ与锁模
王加贤，庄鑫巍
（华侨大学信息科学与工程学院，福建泉州３２２）１６０１
摘要：于同一块半导体可饱和吸收镜（ＥＡＭ）实现了闪光灯抽运的Ｎ基ＳＳ，ｄ：ＹＡＧ激光器的被动调Ｑ与锁模。实验结果表明：长较小时，光器运转在调Ｑ状态，Ｑ脉冲宽度为９ｓ随着腔长的增加，Ｑ脉冲中出现调制，腔激调０ｎ；调而且调制深度随着腔长的增加而加深。当腔长为１０ｃ，反射凹面镜曲率半径为３０ｃ时，光器运转在稳定的被动锁模状４ｍ全０ｍ激

8_1W全固态准连续红光Nd_YAG激光器

第31卷　第11期2004年11月中　国　激　光CHIN ESE JOU RNAL OF LASERSVol.31,No.11November ,2004 文章编号:025827025(2004)11212812048.1W 全固态准连续红光Nd ∶YAG 激光器温午麒1,2,3,姚建铨1,2,3,丁　欣1,2,3,周建勇1,2,3,李　君1,2,3,魏权夫1,2,3,徐德刚1,2,3,周　睿1,2,3,张　强1,2,3,于意仲1,2,3,王　鹏1,2,31天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所,教育部光电信息技术科学重点实验室,天津3000722南开大学、天津大学联合研究院,天津300072;3华中科技大学激光技术国家重点实验室,湖北武汉430074摘要　报道了利用Ⅱ类临界相位匹配的KTP 晶体(相位匹配角选为θ=5919°,<=0°)对Nd ∶Y A G 在113μm 附近的振荡进行腔内倍频,产生高功率准连续红光激光的实验结果。

激光器使用了一个连续运转的高功率激光二极管(LD )侧面抽运组件(组件内由30个20W 的二极管阵列呈三角形阵列分布抽运一根Nd ∶Y A G 圆棒),使用声光调Q 技术实现高重复频率输出,并选用了平2凹直腔的腔体结构。

对该激光器的基频(113μm 波长)调Q 和倍频红光的功率输出特性及光谱特性进行了研究。

在LD 抽运功率453W 时产生了最大输出功率811W 的准连续红光激光,测量了此时的M 2值并给出了光强分布图。

关键词　激光技术;全固态激光器;红光激光;倍频;KTP 晶体中图分类号　TN 248.1 文献标识码　ALD Pumped Nd ∶YAG /KTP Q uasi 2Continuous W ave R ed Light Laser with811W Output Pow erWEN Wu 2qi 1,2,3,YAO Jian 2quan 1,2,3,DIN G Xin 1,2,3,ZHOU Jian 2yong 1,2,3,L I J un 1,2,3,WEI Quan 2fu 1,2,3,XU De 2gang 1,2,3,ZHOU Rui 1,2,3,ZHAN G Qiang 1,2,3,YU Y i 2zhong 1,2,3,WAN G Peng 1,2,31College of Precision Inst rument and Opto 2Elect ronics Engineering ,Institute of L aser and Optoelect ronics ,Key L aboratory of L aser and Optoelect ric Inf orm ation Science and Technology ,Minist ry of Education ,Tianjin U niversity ,Tianjin 300072,China2Cooperated Institute of N ankai U niversity and Tianjin U niversity ,Tianjin 300072,China3State Key L aboratory of L aser T echnology ,Huazhong University of Science and T echnology ,W uhan ,Hubei 430074,ChinaAbstract This paper reports the generation of high power quasi 2continuous wave (Q 2CW )red laser radiation by frequency 2doubling a Nd ∶Y A G (Nd ∶Y 3Al 5O 12)laser operating at wavelength near 113μm with a KTP (KTiPO 4)crystal (type Ⅱphase match ,θ=5919°,<=0°).The laser ,with plane 2concave cavity structure ,is employing a high power CW pump module comprised a Nd ∶Y A G rod side 2pumped by thirty 20W laser diode arrays (LDAs )of a triangle radial geometry,and an acousto 2optic Q 2switch which results in the laser high repeated Q 2CW output.The laser output characteristics of fundamental and frequency 2doubled wavelengths involving powers and spectra have been studied.The highest power of the quasi 2CW red laser is 811W ,achieved at 453W pump power of LD.The value of M 2and the distribution figure of red beam at 811W output power are given in the paper.K ey w ords laser technique ;all 2solid 2state laser ;red laser ;frequency 2doubling ;KTP crystal 收稿日期:2003210228;收到修改稿日期:2004202217 基金项目:国家自然科学基金(60278001和60278032)、国家863计划(2002AA311190)、天津市光电子联合科学研究中心、华中科技大学激光技术国家重点实验室([2001]0103)及教育部南开大学、天津大学科技合作基金资助项目。

闪光灯泵浦的脉冲NdYAG激光器

闪光灯泵浦的脉冲Nd:YAG固体激光器固体激光器普遍采用光激励方式将处于基态的粒子抽运到激发态，以形成集居数反转状态。

光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。

Nd:YAG激光器是固体激光器的一种，我们实验室应用的是用闪光灯泵浦脉冲氙灯作为激励源。

Nd:YAG晶体是迄今为止公认的激光性能最好，应用最广泛的激光晶体。

闪光灯泵浦的固体激光器的优势,如制造简单、操作方便、价格低廉等。

激光器主要由两部分组成一部分是振荡器一部分是放大器。

固体激光振荡器的结构简图在Nd:YAG激光器中工作物质是：掺钕的钇铝石榴石(Nd3 + : YAG)晶体激光的特性主要取决于钕离子的特性。

钕离子为四能级系统。

聚光腔：为了提高泵浦效率，使泵浦灯发出的光能有效地会聚，并均匀的照射在工作物质上，可在激光棒和泵浦灯外增加一个聚光腔。

聚光腔给泵浦光源和工作物质之间提供良好藕合，合理设计聚光腔是决定固体激光器工作性能的重要条件之一。

使用最多的聚光腔是一种内表面具有高反射率椭圆柱体，激光棒和泵浦灯分别配置在椭圆柱的两条交线上。

泵浦源：主要目的是将电能有效地转换成辐射能，并在给定的光谱带上产生高的辐射通量。

脉冲Nd:YAG激光器用脉冲氙灯泵浦，因为它能在给定的输入电能下比其他气体产生更高的辐射输出，但是，低能量泵浦的Nd:YAG激光器，有时是采用充氪的直管闪光的泵浦。

激光器泵浦用的闪光灯基本上属于长弧器件设计，等离子体充满整个灯管。

闪光灯是由直管状或螺旋状石英管，两个封入石英管的电极及填充气体组成。

（大部分弧光灯用纯钨作阳极和含社2%社钨作阴极，或者以社钨作阳极而用浸渍了铝酸银钡的压制成的多孔钨作阴极。

闪光灯的灯管及电极封接处通常采用自然或强迫风冷，或者用水、水与乙醇的混合物、氟化碳氢化合物等液体冷却。

最有效的是采用带有石英套管的液体冷却直管闪光灯，它能以高速的冷却液湍流对灯进行冷却。

谐振腔：激光谐振腔是由两块平面或球面反射镜按一定方式组合而成的。

大功率声光调Q Nd：YAG激光器的开题报告

大功率声光调Q Nd：YAG激光器的开题报告1. 概述声光调Q Nd：YAG激光器是一种高功率激光器，其工作原理是通过碘分子的声光调Q效应实现脉冲放大。

该激光器的主要应用领域包括材料加工、医疗、通信等多个领域。

2. 研究目的本次研究旨在探究声光调Q Nd：YAG激光器的原理、性能及其工艺参数优化方法，通过实验验证其在不同领域的应用效果，为该激光器在工业和医疗领域的应用提供重要参考。

3. 研究方法（1）理论研究：通过对声光调Q Nd：YAG激光器原理、工作方式以及优化策略的深入研究，获取相关理论知识。

（2）实验研究：通过采用实验方法，构建声光调Q Nd：YAG激光器实验平台，研究其在不同参数下的输出功率、脉宽、重复频率等性能，并对其在材料加工、医疗等领域的应用效果进行评估。

4. 研究内容（1）声光调Q Nd：YAG激光器的理论原理和工作方式研究。

（2）声光调Q Nd：YAG激光器的工艺参数优化研究。

（3）声光调Q Nd：YAG激光器在不同领域的应用效果研究。

（4）声光调Q Nd：YAG激光器输出光束的稳定性和均匀性研究。

（5）声光调Q Nd：YAG激光器的性能比较和分析研究。

5. 预期成果（1）深入了解声光调Q Nd：YAG激光器的工作原理及发展趋势。

（2）建立声光调Q Nd：YAG激光器的实验平台，获取其在不同领域的应用效果数据。

（3）制定声光调Q Nd：YAG激光器的优化参数策略。

（4）掌握声光调Q Nd：YAG激光器的性能比较和分析方法。

（5）提出声光调Q Nd：YAG激光器在工业和医疗领域的应用建议。

6. 时间安排阶段一：2022年3月—2022年5月通过文献调研和实验设计，完成声光调Q Nd：YAG激光器的原理及工作方式研究，制定实验方案。

阶段二：2022年6月—2022年8月开展声光调Q Nd：YAG激光器实验研究，探究其在不同领域的应用效果，获取相关数据并分析。

阶段三：2022年9月—2022年11月基于实验数据，制定声光调Q Nd：YAG激光器的优化策略，提出其在工业和医疗领域的应用建议。

63W灯抽运声光调Q腔内KTP倍频Nd_YAG激光器

第36卷第1期中国激光V ol.36,N o.12009年1月CH INESE JOU RNAL OF LASERSJanuary,2009文章编号:0258 7025(2009)01 0015 0463W 灯抽运声光调Q 腔内KTP倍频Nd YAG 激光器刘学胜1夏姣贞2鄢歆1王智勇1(1北京工业大学激光工程研究院,北京100124;2浙江树人大学基础科学部,浙江杭州310015)摘要报道了输出532nm 平均功率为63W 的灯抽运声光(A O)调Q 腔内KT P 倍频Nd Y AG 固体激光器。

分析双灯抽运金属镀金腔结构、抽运均匀性以及KT P 倍频晶体的冷却均匀性及可靠性,并设计一种可靠性高的倍频晶体冷却装置。

激光谐振腔采用L 型腔结构,通过对声光调制器频率和倍频晶体温度对输出倍频激光功率影响的实验研究,得到激光器工作的最佳几何腔长为549mm 。

在抽运功率为4.9kW ,声光调制频率为4kHz 时,532nm 倍频激光最大输出44W ,脉宽为80ns;声光调制频率为10kH z 时,532nm 倍频激光最大输出为63W ,脉宽为140ns,倍频效率为64%,总电光效率为1.2%,光束质量为M 2=11.1。

关键词激光技术;固体激光器;L 型腔;腔内倍频;平均功率;光束质量中图分类号 T N 248.1 文献标识码 A doi:10.3788/CJL20093601.001563W Green Laser Based on an Intracavity Frequency DoubledLamp Pumped Acousto Optic Q Switched Nd YAG LaserLiu Xuesheng 1Xia Jiaozhen 2Yan Xing 1Wang Zhiyong11College of L aser Engineer ing ,B eij ing Univ er sity of T echnolog y ,Beij ing 100124,China 2Phy sics D ep ar tment ,Zhej iang Shur en Univ ers ity ,H angz hou,Zhej iang 310015,ChinaAbstract 532nm g reen laser w ith an aver age pow er o f 63W based o n an int racavit y frequency doubled lamppumped acousto optic(A O )Q sw itched Nd Y A G laser is r epo rted.T he st ructur e of dua l lam p pum ped go ld plated metal cav ity,pumping unifor mity and the cooling unifor mity and reliability of K T P fr equency doubled cr ystal are analy zed and a hig hly reliable set fo r cooling fr equency doubled cr ystal is developed.T he o pt imum g eometr ic cav ity leng th of 549mm is go t thro ug h studying the influence of the fr equency of A O modulato r and the temper atur e of fr equency doubled cry stal o n the output po wer of frequency do ubled laser w ith L shaped cavity.When the pumping po wer is 4.9kW and A O modulating fr equency is 4kH z,the 532nm output pow er is 44W w ith the pulse width o f 80ns;W hen the A O modulating frequency is 10kH z,the 532nm output pow er is 63W with the pulse w idth of 140ns,frequency doubled eff iciency is 64%,total electr ical o pt ics efficiency is 1.2%and beamqualit y is M 2=11.1.Key words laser technique;so lid state laser ;L shaped cavity;intr acav ity frequency do ubling;aver age pow er;beam quality收稿日期:2008 05 06;收到修改稿日期:2008 05 19作者简介:刘学胜(1980-),男,博士研究生,主要从事大功率固体激光器的研究。

LD侧泵Nd:YAG声光调Q激光器输出特性的实验研究

LD侧泵Nd：YAG声光调Q激光器输出特性的实验研究邬家成;沈慧娟【摘要】为了进一步提高激光器的输出特性和优化器件结构,对LD侧泵Nd:YAG声光调Q激光器进行了实验,并对实验结果做出分析.研究了谐振腔腔长、泵浦电流、输出镜反射率以及重复频率等因素对输出激光的脉宽和平均输出功率的影响.实验结果表明:提高泵浦电流、增加输出镜反射率和缩短腔长能够使脉宽变窄;输出镜反射率存在最佳值,使平均输出功率达到最大;提高重复频率使脉宽变宽、增加平均输出功率;泵浦电流、输出镜反射率和腔长的变化对脉宽的影响程度因重复频率的变化而不同,在重频较高时对脉宽的影响比重频较低时更为明显.【期刊名称】《通化师范学院学报》【年(卷),期】2018(039)010【总页数】4页(P37-40)【关键词】激光技术;声光调Q;脉宽;重复频率【作者】邬家成;沈慧娟【作者单位】安徽中医药大学医药信息工程学院安徽合肥230012;【正文语种】中文【中图分类】TN248激光二极管（LD）泵浦的固体激光器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、性能稳定和寿命长等优点［1］，采用多向对称分布的大功率激光二极管阵列进行侧面抽运，对于泵浦耦合和均匀散热提供较大的表面面积，可显著提高抽运功率，实现大功率输出.利用LD的泵浦Nd：YAG声光调Q激光器可获得高重复频率、窄脉宽和高峰值功率的激光脉冲，在激光雷达、激光通信、激光医疗和激光打标等领域得到广泛的应用［2-7］.本文利用声光Q开关对LD侧面泵浦Nd：YAG激光模块输出的连续激光进行调Q实验，主要研究了激光器谐振腔腔长、泵浦电流、输出镜反射率以及重复频率等因素对输出激光的脉宽和平均输出功率的影响，并对实验结果做出了分析，对LD侧泵Nd：YAG声光调Q激光器的设计优化具有一定的参考意义.1 实验装置实验装置如图1所示，激光器采用平—平腔结构，M1、M2分别为激光器的全反镜和输出镜；Nd：YAG激光模块采用的是北京国科激光技术公司的GKPMY-50A2，利用激光二极管进行侧面泵浦，最大泵浦功率为180W，其光-光转换效率约为30%，YAG晶体棒规格Ф3×67mm；声光Q开关为中电26所生产的QSGSU-5/Q，射频频率27MHz，关断功率 50W，调制频率 1～50kHz，对1.06μm波长光的衍射效率大于50%.输出脉冲的平均功率和脉冲信号波形分别用LI-P激光功率计和美国Tektronix公司生产的500MHz数字式TDS3054B四通道彩色示波器进行测量，探测器为德国生产的InGaAs光电探测器.图1 实验装置示意图2 实验结果2.1 腔长对脉宽和平均功率的影响图2、图3分别为泵浦电流I为25A，输出镜反射率R为84%，不同腔长L时脉宽t和平均功率P与调Q重复频率 f之间的关系.图2 不同腔长L时脉宽t与重复频率 f之间的关系图3 不同腔长L时平均功率P与重复频率 f之间的关系从图2可以看出腔长对脉宽影响较大，腔长越长脉宽越宽；在重频较高时，改变腔长对脉宽的影响比重频较低时脉宽受腔长的影响更为明显.因此，缩短腔长有利于获取窄脉冲，在重频为5kHz，腔长为21.5cm时，可得到脉宽为45ns的激光脉冲.从图3可知腔长越短平均功率越大.在重频较高时，改变腔长对平均功率的影响比重频较低时平均功率受腔长的影响更为明显.因此，缩短腔长有利于获取高平均功率.在重频为50kHz，腔长为21.5cm时，可得到平均功率为40W的激光脉冲.2.2 泵浦电流对脉宽的影响图4为腔长L为30cm，输出镜反射率R为92.4%，不同重复频率 f时脉宽t与泵浦电流I之间的关系.图4 不同重复频率 f时脉冲宽度t与泵浦电流I之间的关系从图4可以看出随着泵浦电流I的增加，脉宽不断减小；在泵浦电流较低时增加泵浦电流，脉宽变化较为明显，随着I的增加，脉宽的变化逐渐变小；在重频 f较高时，泵浦电流的变化对脉宽的影响比重频较低时更为明显.在重频为5kHz，泵浦电流I为28A时，得到脉宽为35.59ns的激光脉冲，如图5所示，此时平均输出功率为12.1W，则脉冲能量为2.42mJ，峰值功率为67.96kW.图5 脉冲波形图2.3 输出镜反射率及重复频率对脉宽和平均功率的影响图6 、图7分别为腔长L为30cm，泵浦电流I为28A，不同输出镜反射率R时脉宽t和平均输出功率P与重复频率 f之间的关系.图6 不同输出镜反射率R时脉冲宽度t与重复频率f之间的关系图7 不同输出镜反射率R时平均功率P与重复频率 f之间的关系由图6可知，输出镜反射率R对脉宽具有较大影响，R增大时脉宽t变窄；并且在重复频率f较高时，R的变化对t的影响比 f较低时的影响更大.由图7可知，输出镜反射率R对平均输出功率P的影响很大，R为84%时平均功率较大.由图6、图7可以看出，随着重复频率 f的增大，会使脉宽t变宽、平均功率P增大；当f大于35kHz时，P变化很缓慢，接近于静态连续输出功率，在R为84%，激光器静态连续输出功率为41.1W，进行声光调Q后 f为50kHz时的平均功率测得为39.6W，其动静比为0.962.3 结果分析根据调Q激光器的基本理论可推出，在调Q重复频率为 f时，激光器的平均输出功率P、单脉冲能量E和脉宽t可分别表示为［8］：式中，R为输出镜反射率；L为激光器谐振腔长度；hν为光子能量；V为腔内光子的模体积；σ受激发射截面；γ为增益介质粒子数反转因子（对于四能级系统，γ取1）；τc为腔内光子寿命；ni、nt和nf分别为初始反转粒子数密度、阈值反转粒子数密度和剩余反转粒子数密度.3.1 腔长对脉宽和平均功率的影响由（1）式知，脉宽t正比于腔内光子寿命τc，又因为为有效腔长，δ为腔内损耗，c为光速），所以假设初始反转粒子数密度ni、阈值反转粒子数密度nt和剩余反转粒子数密度nf都不变，当腔长L增加时，脉宽变宽；由（2）式知，增加腔长L 会使平均输出功率P降低.3.2 泵浦电流对脉宽的影响当泵浦电流提高时，抽运速率随之增大，使得上能级初始反转粒子数密度ni增加，而抽运速率的变化对剩余反转粒子数密度nf影响较小，对阈值反转粒子数密度nt 没有影响，因此，提高泵浦电流会增加ni/nt值.由（3）式知，脉宽t反比于ni/nt值，泵浦电流的提高会使脉宽变窄.3.3 输出镜反射率及重复频率对脉宽和平均功率的影响增加输出镜反射率R会使腔内损耗降低，使初始反转粒子数密度ni增加，ni/nt值和ni/nf值增大，因此R增大时脉宽t变窄.由（2）式知，R的增加一方面能使ni/nf值增大，增加腔内储能，使平均功率P得到提高，另一方面，又因透过率减小而使P变小，因此，在R增加的过程中，R存在一最佳值使P达到最大值.对于调Q激光器，其最佳输出镜反射率是根据腔内增益和损耗进行选取的，一般脉冲抽运的固体激光器，其输出镜反射率最佳值在30%～50%之间［9］，而连续抽运固体激光器的输出镜反射率最佳值在80%～98%之间［10］.本文中 R 为84%时平均功率较大，这与理论值基本符合.提高重复频率 f会使脉冲之间的时间间隔变小，使上能级反转粒子数的积累时间减小，降低了上能级积累的反转粒子数，使ni/nt值减小，因此脉宽不断增加；但脉冲之间的时间间隔变小会减少因自发辐射跃迁而损耗的反转粒子数，所以平均功率得到提高.从图2、图4、图6还可以看出，随着重复频率f的不断增加，腔长L、泵浦功率（泵浦电流I）和输出镜反射率R对脉宽t的影响会不断增加.因为 f较小时，脉冲之间的时间间隔较大，上能级积累的反转粒子数较多，因L与R变化而改变的阈值反转粒子数nt和I变化而改变的初始反转粒子数ni占上能级总的反转粒子数的比例较小，对ni/nt值的影响较小，进而对脉宽t的影响较小；而当 f较大时，脉冲之间的时间间隔较较小，上能级积累的反转粒子数较少，因L、I和R变化而改变的反转粒子数占上能级总的反转粒子数的比例较大，增加了对ni/nt值的影响，因此对脉宽t的影响变大.相比于LD端泵声光调Q激光器，LD侧泵声光调Q的激光光束直径较大，脉冲脉宽较宽，但侧泵的抽运速率大、输出功率大，可通过准直、聚焦透镜压缩光束直径，以减小调Q开关超声波在声光介质中的渡越时间，可进一步减小脉宽，容易实现窄脉冲、高峰值功率的高重频激光.4 结论对LD侧泵Nd：YAG声光调Q激光器进行了实验研究，实验结果表明：提高泵浦电流、增加输出镜反射率和缩短腔长都能够使脉宽变窄；输出镜反射率存在最佳值使平均输出功率达到最大；增加调Q重复频率会使脉宽变宽、平均输出功率得到提高；泵浦电流、输出镜反射率和腔长的变化对脉宽的影响程度因重复频率的变化而不同，在重频较高时对脉宽的影响比重频较低时更为明显.参考文献：【相关文献】［1］王旭.LD泵浦的Yb：YAG薄片激光器特性研究［D］.北京：中国科学院大学（中国科学院西安光学精密机械研究所），2016.［2］黄雪松.LD泵浦Nd：YAG/Cr～（4+）：YAG被动调Q微型激光器研究［D］.北京：北京工业大学，2016.［3］余锦，张雪，刘洋，等.LD泵浦高功率高斜效率Nd：YVO4声光调Q激光器［J］.强激光与粒子束，2011，23（2）：285-289.［4］杨策，李业秋，吴杰，等.全固态声光调Q激光器重频对能量转换的影响［J］.沈阳理工大学学报，2013，32（5）：91-94.［5］董小龙，付喜宏，高兰兰，等.LD抽运声光调Q1064nm窄脉宽激光器［J］.激光与光电子学进展，2014，51（9）：135-139.［6］吴权.LD泵浦Nd：YVO4/Cr4+：YAG被动调Q激光器腔型优化及理论实验研究［D］.北京：中国科学院大学，2013.［7］安汝德.预泵浦Cr，Nd：YAG双频微片激光器研究［D］.杭州：杭州电子科技大学，2013. ［8］KoechnerW.固体激光工程［M］.北京：科学出版社，2002.［9］巨养锋，阮双琛，龙井华.固体脉冲激光器输出镜最佳反射率的普遍表达式［J］.大气与环境光学学报，2002，15（4）：15-16.［10］井旭.355nm固体脉冲激光泵浦硝酸钡晶体拉曼特性研究［D］.长春：长春理工大学，2010.。