Cr4+_YAG被动调Q4倍频全固态紫外激光器的研究

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脉冲红外激光器， 在腔外先用 89: 晶体 ’ 倍频， 再
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激
光
技
术
$449 年 ? 月
用 !!" 晶体 # 倍频得到了 $%%&’ 的紫外激光。该 装置原理简单， 但集成度低， 调整和使用都不太方 便， 另外声光主动调 ! 的 () * +,"# 脉冲红外激光器 造价也比较高， 限制了该装置的大范围应用。 采用国产 -. 泵浦 () * +/0 晶体， 用 12 * +/0 晶 片作为被动 ! 开关， 实现了 34%#&’ 的调 ! 脉冲输 出。在此基础上， 将 34%#&’ 的脉冲红外激光用会聚 透镜耦合到 567 $ 倍频晶体上， 然后将 89$&’ 脉冲 绿光用 会 聚 透 镜 耦 合 到 !!" # 倍 频 晶 体 上， 得到 $%%&’ 的紫外激光输出。与声光主动调 ! 的 () * 该装置制作成 +,"# 脉冲红外激光器腔外倍频相比， 本低， 体积小， 有利于 $%%&’ 中小功率紫外激光器的 产业化发展。
第 ’> 卷
第(期
激
光
技
术
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文章编号：!""!#$%"& （’""$） "(#"$$)#"$
!"( * + #$% 被动调 ! ( 倍频全固态紫外激光器的研究 !
周 城
（济南大学理学院， 济南， ’,""’’）
脉 冲 宽 度 为 3%&G、 重 复 频 率 为 3$ < 8WSX 的 384’=、 34%#&’ 的脉冲激光输出。其脉冲波形见图 $。 该激光器较容易实现单横模运转， 这是因为振 荡光束在中心轴线附近具有最高的强度， 从而最先 消耗反转粒子， 对轴线以外的 漂白被动调 ! 开关， 光束来说则因其功率密度低， 不易漂白可饱和吸收 体而损耗较大， 总的结果相当于在腔内插入一个 “动 态光阑” ， 导致 6>A44 模易于起振， 而高阶次模不易 形成振荡， 从而不仅能够大大改善输出光束的空间
倍频公 便得到 $%%&’ 的紫外激光。由激光原理知，
［Y］ 式为 ：
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8$ < $ % $ & FLL$ $ #! ’!$ ’ $! "$!()
（3）
式中， % 为倍频晶体的长度， & FLL 为倍频晶体的非线 性有效系数， ’! 为基频光在倍频晶体中的折射率， ’ $!为倍频光在倍频晶体中的折射率， "$! 为倍频光 在真空中的波长， ( 为真空中的光速， ) 为基频光在 倍频晶体中光斑面积， #! 为基频光的功率。式中 其余各量的单位均为高斯单位制。 #! 的单位是 =， 由 （3） 式知， 要想提高倍频光的功率， 只有减小基频 光在倍频晶体中光斑面积。为此， 通过短焦距的透 镜 " $ 将波长为 89$&’ 的光斑面积压缩， 从而提高倍 光斑的圆化程度 频效率。这将使输出基模 （ 6>A44 ） 变差， 即由圆光斑变成椭圆光斑。 !!" 腔外 # 倍频 $%%&’ 脉冲紫外激光系统的实 验装置见图 9。实验中， 将 89$&’ 的绿光通过焦距 " 为 94’’ 的聚焦透镜耦合到长度为 #’’ 的 !!" 晶
! 国家八六三计划支持项目。 作者简介： 周 城， 男， !)>( 年 !! 月 出 生。硕 士 研 究 生。现主要从事激光器件和非线性频率变换技术的研究。
外， 高能量密度的紫外激光器适用于打断有机材料 的化学键， 准确切割各种生物组织， 在眼科角膜手术 中， 对角膜进行整形， 以实现正的或负的曲率校正， 治疗白内障； 在血管整形、 神经外科等方面也有广泛
［?］ 分布， 而且有利于实现单横模运转 。
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()* 腔外倍频获得 89$+, 脉冲绿光
3
!"# : * #$% 被动调 ! 的 &’ * #$% 脉冲激 光器
实验中发现被动调 ! 的 12# : * +/0 ; () * +/0 红 外激光具有明显的线偏振性， 且其偏振性强烈依赖 于 -. 泵浦光的线偏振。因此， 在放置 567 时， 应注 意满足相位匹配条件， 以获得最大的倍频效率。 为了解决倍频效率和泵浦光斑与腔的模式相匹 配的矛盾， 对被动调 ! 激光器采用腔外倍频。这是 因为当基频光的功率给定后， 倍频光的功率与基频 光的功率密度成正比， 与基频光斑面积成反比。所 以， 实验中采用焦距 " 为 ?4’’ 的凸透镜将 34%#&’ 的基频光聚焦后， 耦合到长为 Y’’ 的 567 倍频晶体 上， 得到了平均功率为 $Y’=， 峰值功率为 388=， 脉 冲宽度为 38&G 的脉冲绿光输出。
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被动调 ! 的 12# : * +/0 ; () * +/0 激光器的装置 如图 3 所示。用 3 < 9= 的 -. 作为泵浦源， 通过调整 制冷器 6>13 的温控电流使 -. 的发射波长为 ?4? < 与 () * +/0 的 吸 收 峰 相 匹 配。用 自 焦 透 镜 8&’， （ @A-） 将泵浦光耦合到增益介质 () * +/0 上。
［$］ 的应用前景 。因此， -. 泵浦 ’&&76 紫外激光器的
研究成为一个新的热点。 目前， 人们用于实现 ,$’76 到 ’&&76 激光频率
［(， ,］ 转换 的 晶 体 主 要 集 中 在 <<= 晶 体 和 /-<= 晶 ［&］ ［>］ 体 。何京良等人 用声光主动调 ! 的 45 + 1^=(
（! FGHIIJ IK FGLM7GM， NL7O7 P7LQM0CLRS， NL7O7， ’,""’’） （ /HO7TGHU7 V7CRLRURM IK =WRLGC O75 XL7M YMGHO7LGC， 9HM /HL7MCM 2GO5M6S IK FGLM7GMC， /HO7TGHU7， !$""’’）
［’］ 密切割和对接等微加工领域具有广泛的应用 。此
近年来， 掺钕 （ 45 ） 的晶体材料， 特别是 45 + 被认为是由 -. 泵浦的具有广阔发展前景的晶 123， 体材料。与 45 + 1^=( 相 比， 该晶体具有导热性能 好， 激光上能级寿命长以及良好的机械性能等优点。 特别是具有较长的激光上能级寿命， 非常适合作为 被动调 ! 激光器的增益介质。 与传统的有机染料和色心晶体相比， /0( * + 123 调 ! 元件具有吸收截面大， 饱和光强低， 热导性能 好， 损伤阈值高， 使用方便以及使用寿命长等优点， ［!］ 非常 适 合 对 45 + 123 激 光 器 进 行 被 动 调 ! ， 故 (* /0 + 123 调 ! 元件引起了人们的极大关注。
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第F期
周
城
‘3F a L MNO 被动调 ( F 倍频全固态wenku.baidu.com外激光器的研究
’F?
体上， !!" 晶体采用!类临界相位匹配。
图 F。
F
结
论
用自聚焦透镜将 ? & ’@ 的 => 泵浦光耦合到 KH 得到了峰值功率为 ABE@， 脉冲宽度为 ?:8+ L MNO 上，
#$%& ’ ()* +,)*-./$, 01 02/*3 ,.4$/5 1023/)613*72*8,5 9::82;/3.4$0;*/ ;.+*3 <2;+*
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$;*+".6+：:OCCLQMJS !#CZLRGHM5 /0( * + 123 [ 45+ 123 OJJ#CIJL5#CRORM L7K0O0M5 JOCM0， WU6WM5 \S O 5LI5M JOCM0， ZOC 5MCLT7M5? 9HM7 ZLRH O JM7C IK !""66 KIGOJ JM7TRH KIGUCL7T RHM !"&(76 V] JOCM0 RI O )66 89: CMGI75#HO06I7LG TM7M0ORLI7 G0SCROJ， O T0MM7 JOCM0 WUJCM ZOC I\ROL7M5 ZLRH OQM0OTM IURWUR WIZM0 IK ’)6;? 2R JOCR， ZLRH O JM7C IK $"66 KIGOJ JM7TRH KIGUCL7T RHM ,$’76 T0MM7 O7 UJR0OQLIJMR JOCM0 WUJCM OR ’&&76 ZOC I\ROL7M5 ZLRH WMO@ WIZM0 JOCM0 RI O (66 JM7TRH IK <<= KIU0RH#HO06I7LG TM7M0ORLI7 G0SCROJ， IK > ? $;， OQM0OTM IURWUR WIZM0 IK ! ? !6;， 0MWMRLRLI7 0ORM IK !’ ? ,@AB， WUJCM 5U0ORLI7 IK !’7C? ]ORLI IK T0MM7#UJR0OQLIJMR WIZM0 GI7QM0CLI7 LC $ ? %D ， O75 RHOR IK L7K0O0M5#UJR0OQLIJMR WIZM0 GI7QM0CLI7 LC " ? >D ? <)3 5/"8*： UJR0OQLIJMR JOCM0； KIU0RH HO06I7LG TM7M0ORLI7； OJJ#CIJL5#CRORM JOCM0； /0( * + 123
BCD< $
=IPFLK2’ KL 34%#&’ C&L2I2F) NIGGCPF ! MGQCJHEF) RIGF2 NORGF $4&G ; )CP
镜的曲率半径是 84’’， 其耦合输出率是 38V 。总 腔长约为 34’’， 整个谐振腔放置在制冷器 6>1$ 上。 在 -. 泵浦功率为 3 < 9= 时， 精确调整两制冷器的温 万方数据 控电 流， 获 得 了 峰 值 功 率 为 U84=， 平均功率为
叶子青 郑 权 薛庆华 钱龙生
（中国科学院长春光学精密机械研究所， 长春， !$""’’）
摘要：设计了 -. 泵浦 /0( * + 123 被动调 ! 的全固态 45+ 123 脉冲红外激光器。腔外首先经过焦距为 !""66 的聚焦透镜， 将 !"&(76 的红外激光耦合到长为 )66 的 89: ’ 倍频晶体中， 得到平均功率为 ’)6; 的脉冲绿光。然 后将 ,$’76 的脉冲绿光经过焦距为 $"66 的聚焦透镜， 耦合到长为 (66 的 <<= ( 倍频晶体上， 获得了峰值功率为 ， 平均功率为 ， 重复频率为 ， 脉冲宽度为 的 紫外激光， 其绿光 紫外光的转换效率为 > ? $; ! ? !6; !’ ? ,@AB !’7C ’&&76 # 红外光#紫外光的转换效率为 " ? >D 。 $ ? %D ， 关键词：紫外激光器； 全固体激光器； ( 倍频； /0( * + 123 中图分类号：94’(%E! 文献标识码：2
引
言
$*
由于 ’&&76 紫外激光器具有波长短、 衍射效应 小、 分辨率高、 光点面积小， 可加速实现太比特第 $ 代高密 度 光 盘 （ !""3< 的 .^. 或 /.） 光学数据存 储。由于紫外激光的波长短、 能量聚集集中、 分辨率 高， 因此紫外激光器在除去焊料外壳、 在电子线路板 上钻微孔在薄膜或薄片材料中产生微通道、 进行精
BCD< 3
6EF GHEF’IJCH KL -.MNO’NF) () * +/0 ; 12 * +/0 NIGGCPF ! MGQCJHEF) 34%#&’ RIGF2
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--. 腔外 # 倍频 $%%+, 脉冲紫外激光
将腔外倍频得到绿光激光再一次经过倍频晶体
长度为 9’’ 的 () * +/0 一面镀 ?4?&’S6 ; 34%#&’ST 膜， 作 为 谐 振 腔 的 一 个 镜 面， 另 一 面 镀 34%#&’S6 #: 膜。厚为 3 < #’’ 的 12 * +/0 晶片紧贴 () * +/0 放 置， 其小信号透过率为 ?UV 。输出