高平均功率腔内和频蓝光 F-gJ7I - 光学 精密工程

" 激光下 8 . gQKM 晶 体 激 光 跃 迁 能 级 图 ) 能级 为 钕 离 子 基 态 能 级 的 一 个 U ( , 0 d分裂 与钕离子基态最低能态间只有几百 能级 " 个波数的能级裂距 ( 见图 ! ) " 根据描述粒子 可 以 知 道" 在 热布居分布的玻 尔 兹 曼 分 布 " 常温下激光下能级依然存在 $7 ?I #!I 的 粒子数布居 " 随着 温 度 的 升 高 " 激光下能级 的粒子 数 随 之 增 加 " 这一方面导致粒子数 另一 激光跃 迁 能 级 间 的 反 转 粒 子 数 减 少 ’ 方面 " 激光下能级的粒子数将增加吸收损 耗" 严重 限 制 激 光 功 率 的 输 出 # 由 于 上 述
"a < 原因 " 采用 8 离 子<9 & & . " ## _ @ #谱 线 倍 频 法产生蓝光的最高输出功率尚未超过" L#
鉴 于 上 述 掺 钕 离 子 激 光 晶 体<9 & " #
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!!!!! 光学 ! 精密工程 !!!!!
第! "卷
镜 ‘# 为 输 出 耦 合 镜 ! 7!" $ !I " ! @F ($7 $ 平 凹 镜 ‘" 7> $7 #I " 7< ? %I # % @F( < $F( 为 !" ! @F" > % @F" < < $F 三波长高反 膜! 7!" $ !I "7> #I " ! @F ( $7 % @F ( $7 % 由于 8 7< $7 $ !I # .gQKM 晶 体 的 < $F( !$ > <F 谱 线 强 度 是 !" ! @F 波长的" 倍" 因此 ‘!& ‘#& ‘" 腔 镜 设 计 时 均 要 求 对 这对 !$ > <F 波长的 透 过 率 均 大 于 > $I " 抑制 !$ > <F 激 光 振 荡 是 非 常 重 要 的% 为减小 腔 内 插 入 损 耗 " 腔内所有元器件通 光面均镀有 !" ! @F 和> > $F 增透膜 %
" 中国科学院 光电研究院 光电系统工程部 ! 北京 ! !7 $ $ $ = $# 中国科学院 物理研究所 凝聚态物理国家实验室 ! 北京 ! #7 $ $ $ = $$
"a < 摘要 ! 高平均功率蓝光激光是当前固体激光技术研究热点之 一 $ 尽管 通过 8 的<9 % % . " ## _ @ # 态谱 线倍 "a 频可获得瓦级蓝光输出 # 然 而 其 准 三 能 级 物 理 特 性 严 重 限 制 其 更 高 功 率 输 出$ 研 究 了 8 离 子<9 % . " # < 获得 <7 重 复频率 "7 % "" F 谱线腔内三倍频产生高平均功率蓝光激光 # " L 蓝光激 光输出 # % #_ ! " # 态 !7 # # 脉冲宽度 ! # 光束质量 ‘ 因子约为 %i!$ 研究表明 & d G B % $i! $+ 8 . gQKM 晶体 !7 "" F 多谱 线振 荡是制约实验结果的重要因素 # 若克服多谱线振荡问题 # 有望获得 ! $ L 级蓝光激光输出 $
" 文章编号 !! $ $ < ; @ # < A! # $ $ % $ ! ; $ $ ! > ; $ >
第! "卷!第!期
! 光学 精密工程
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高平均功率腔内和频蓝光 F gJ 7 I 激光器
毕 ! 勇!! 孙志培#! 李瑞宁#! 张鸿博#! 侯 ! 玮#! 许祖彦#
"a 最具实 用 价 值 的 技 术 路 线 是 8 最简单 ! . < 离子<9 & & " ## _ @ #跃 迁 倍 频 产 生 高 平 均 功 率 ! ! ; ! "% "a 蓝光激光 $ #然 而" 由于 8 离 子<9 & . " # < 图 !" & #_ @ # 跃迁 的 准 三 能 级 的 物 理 本 性 (
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关!键!词! 全固态激光 ! 蓝光 ! 腔内和频 中图分类号 ! J8 # < =7 !!! 文献标识码 ! K
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i粒子数布居随着温度的升高激光下能级的粒子数随之增加这一方面导致粒子数激光跃迁能级间的反转粒子数减少另一方面激光下能级的粒子数将增加吸收损耗严重限制激光功率的输出由于上述原因采用谱线倍频法产生蓝光的最高输出功率尚未超过谱线倍频法产生高功率蓝光的物理层面上的困难利用8gqkm
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实验获得了 <7 的困难 " " L 蓝光激光输出 " 光束 质 量 ‘# E%i!" 是目前国际上采用 "a 8 . 离子产生蓝光激光的最高报道 #
& & 8 .gQ5& < > @ ! <F 谱线 gQKM < 的@ 倍 频 外" 还有近红外 ^ ] 直 接 倍 频’ J ) g ! \ 0 g^ ) U K 9 等近红外输出的倍频 U , O ) 0 1 ’ ’ 和 频 等 获 得 的 方 法# 尽 管 以及通 过 参 量 !
; ! 实验装置
激光谐振腔为 !! 实 验 装 置 如 图 # 所 示 " 包括 # 个 !7 "FF 谱线共振的三镜折叠腔 " 半导体激光泵浦 模 块 " 每一个模块由! #个 # $ L 连续波中心波长 = $ =F 半导体激光 组 成" 总 谱 线 宽 度 &"列阵 ( ^ ]) F# 激 光 晶体为 "b? 掺杂浓度 %FF 的 8 .gQKM" 为 !7 $I # 在 # 个 ^ ] 泵浦模块中间插入 ! 块 !7 石英旋光片用来补偿 " ! @F 激光 @ $ H 热致双 折 射 效 应 " 使得角向偏振与径向偏 振光的 谐 振 腔 稳 区 相 互 重 叠 " 有利于提高 输出功 率 " 改 善 光 束 质 量# 高 衍 射 损 耗 的 重复 声光 V 开关用来产生调 V 脉冲输出 " 频率可在!#% $fG B 范围内调节 # 设计的 谐振腔在折叠臂 上 产 生 了 一 个 实 焦 点 以 提 高功率 密 度 " 有 利 于 非 线 性 频 率 变 换# 平 镀!" 面镜 ( ‘!) ! @F! > % @7 <F 双高反膜 系( ’ 平凹 7!" $7 !I " 7> $7 "I ) ! @F( % @F(
第!期
等* 高平均功率腔内和频蓝光 8 . gQKM 激光器 !!!! 毕 ! 勇 "长寿 !! 高 平 均 功 率 ! 命! 高可 靠 性 的 蓝 光 激 光 器 在 大 屏 幕 全 色 激 光 医 疗! 高 密 度 存 储! 激光全 激光显 示 ! 息技术以及泵浦 可 调 谐 激 光 晶 体 等 方 面 有 巨大的 应 用 前 景 和 广 阔 的 市 场 " 并因此成 为国际上全固态激光研究的重要研究方 向 # 半导体泵浦的 固 体 激 光 器 被 认 为 是 产 生满足上述要求 的 蓝 光 激 光 的 最 有 潜 力 的 国内外对此进行了广泛的研 技术 方 案 "
% ! ; > 究$ # 全固态激光 产 生 蓝 光 激 光 器 除 8 .
& _ #< @ # 谱线倍 频 法 产 生 高 功 率 蓝 光 的 物 理 层面上的困难 " 利用 8 .gQKM!7 "" F谱
线腔内三倍频方 法 产 生 大 功 率 蓝 光 的 新 途
< 径" 克服了<9 & & " ## _ @ # 跃迁的准三能级带来
修订日期 ! # $ $ < ; ! ! ; # #" # $ $ % ; $ ! ; ! >7 !! 收稿日期 ! 中国科学院知识创新工程重 大 项 目 ! #国 家 = 和北 8 2 7 f e \ A ! ; $ %" > "计划重大项目! 8 2 7 # $ $ # KK " ! ! ! # $" !! 基金项目 ! 京市科委重大项目 ! " 资助 8 2 7 G $ # $ < # $ $ > $ $ > $ ! ! $
? ; ! $% 光参量法可产生高平均功率蓝光 $ " 但是
图 !!8 . gQKM 激光跃迁能级图 9 ) 7 !!U d 1 ( * O2 Z8 . gQKM1 1 0 1 C 1 6 + 4 4 Y6
复杂的系统结构 和 由 此 导 致 的 可 靠 性 问 题 严重限 制 了 实 际 应 用 # 综 合 效 率 ! 可靠性 和输出功率等各 种 因 素 " 目 前 最 有 效! 结构
! # # # # # # #G&R L # W _Q 2 U R8N O ) ; 1 ) ^ _S T ) ; ) N GK8M G 2 ; : 2 1 ) AR N T ; , 4# ’ 4# 4 Y
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