直接抽运Cr,Nd…YAG/GTR-KTP腔内倍频高效稳定自调Q绿光激光器
发布时间：2022-01-09 04:32
采用885nm激光二极管（LD）作为抽运源,Cr,Nd…YAG双掺晶体和抗灰迹KTP（GTR-KTP）分别作为工作物质和倍频晶体,在室温下实现了直接端面抽运Cr,Nd…YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q稳定脉冲绿光激光高效输出。当吸收抽运光功率为1.65 W时,获得了200mW自调Q脉冲绿光激光输出,相应的光-光转换效率为12.1%。当吸收抽运光功率大于1.15 W时,获得了脉冲能量大于8μJ、脉冲宽度为8.8ns、峰值功率超过1kW的自调Q脉冲绿光激光输出。利用速率方程从理论上分析了不同Nd3+离子掺杂浓度对Cr,Nd…YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q激光器输出倍频功率的影响,获得了实现高效绿光输出的优化掺杂浓度。相比于其他885nm LD抽运腔内倍频产生绿光激光的方法,直接抽运Cr,Nd…YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q激光器可作为理想的激光源并有效压缩脉冲宽度,是一种实现高效、短脉冲小型化绿光激光器的新方法。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2017,54(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１激光器示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ
５４，０４１４０３（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图１激光器示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ３结果与讨论图２给出了８８５ｎｍＬＤ抽运Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ／ＧＴＲ－ＫＴＰ腔内倍频自调Ｑ绿光激光器的平均输出功率随吸收抽运光功率变化的曲线，插图为激光光斑图。在激光实验前，首先测试了Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光的吸收效率。结果表明，在没有激光输出的情况下，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光的单程吸收效率约为４３％，吸收效率较低主要是由于Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ自调Ｑ激光器晶体在８８５ｎｍ处的吸收系数较校绿光激光输出的吸收抽运光阈值功率为０．６８Ｗ，当吸收抽运光功率高于激光阈值时，绿光平均输出功率随抽运光功率的增加而线性增加，激光斜效率为１８．２％。在吸收抽运光功率为１．６５Ｗ时，获得了２００ｍＷ自调Ｑ脉冲绿光激光输出，相应的光－光转换效率为１２．１％，该光－光转换效率是在室温下８８５ｎｍＬＤ作为抽运源腔内倍频产生绿光所知的最高转换效率。图２平均输出功率随吸收抽运功率的变化曲线Ｆｉｇ．２Ａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｖｅｒｓｕｓａｂｓｏｒｂｅｄｐｕｍｐｐｏｗｅｒ当Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体与ＧＴＲ－ＫＴＰ晶体之间的间距约１ｍｍ时，可优化入射到Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体的抽运光斑位置使绿光激光器获得高效绿光激光输出，而且有利于入射到Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体里抽运光束和激光光束的模式匹配，以此提高ＧＴＲ－ＫＴＰ晶体腔内倍频转化
５４，０４１４０３（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图５输出激光的脉冲波形Ｆｉｇ．５Ｐｕｌｓｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｏｕｔｐｕｔｌａｓｅｒ图６平均输出功率随时间的变化曲线Ｆｉｇ．６Ａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｖｅｒｓｕｓｔｉｍｅ原因主要是采用的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体中Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度仅为１％，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ中Ｎｄ３＋离子在８８５ｎｍ处的吸收系数仅为８０８ｎｍ处的１／３，因此，在同等条件下Ｎｄ３＋离子在８８５ｎｍ处对抽运光的吸收效率不及８０８ｎｍ处的吸收效率。理论上，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光低的吸收效率可以通过提高增益介质中Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度或者通过增加激光工作物质的长度来弥补，但在实际中Ｎｄ３＋离子在ＹＡＧ晶体中小的分凝系数导致生长的Ｎｄ…ＹＡＧ晶体中的Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度一般不超过１．１％，因此，采用高掺杂浓度的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体作为增益介质不适合８８５ｎｍＬＤ直接抽运Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ以提高对抽运光的吸收。此外，增加Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体的长度不适合端面抽运小型化激光器的研制。透明激光陶瓷烧结技术为研制高浓度掺杂的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ自调激光器陶瓷以用于Ｃｒ中，Ｎｄ…ＹＡＧ／ＧＴＲ－ＫＴＰ腔内倍频自调Ｑ小型化绿光激光器提供了可能，因为Ｎｄ３＋离子在Ｎｄ…ＹＡＧ透明激光陶瓷的掺杂浓度可以高达１０％［１９－２０］。高掺杂浓度的Ｎｄ…ＹＡＧ陶瓷作为激光增益介质获得了高
本文编号：3577967
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2017,54(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
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图１激光器示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ
５４，０４１４０３（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图１激光器示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ３结果与讨论图２给出了８８５ｎｍＬＤ抽运Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ／ＧＴＲ－ＫＴＰ腔内倍频自调Ｑ绿光激光器的平均输出功率随吸收抽运光功率变化的曲线，插图为激光光斑图。在激光实验前，首先测试了Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光的吸收效率。结果表明，在没有激光输出的情况下，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光的单程吸收效率约为４３％，吸收效率较低主要是由于Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ自调Ｑ激光器晶体在８８５ｎｍ处的吸收系数较校绿光激光输出的吸收抽运光阈值功率为０．６８Ｗ，当吸收抽运光功率高于激光阈值时，绿光平均输出功率随抽运光功率的增加而线性增加，激光斜效率为１８．２％。在吸收抽运光功率为１．６５Ｗ时，获得了２００ｍＷ自调Ｑ脉冲绿光激光输出，相应的光－光转换效率为１２．１％，该光－光转换效率是在室温下８８５ｎｍＬＤ作为抽运源腔内倍频产生绿光所知的最高转换效率。图２平均输出功率随吸收抽运功率的变化曲线Ｆｉｇ．２Ａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｖｅｒｓｕｓａｂｓｏｒｂｅｄｐｕｍｐｐｏｗｅｒ当Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体与ＧＴＲ－ＫＴＰ晶体之间的间距约１ｍｍ时，可优化入射到Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体的抽运光斑位置使绿光激光器获得高效绿光激光输出，而且有利于入射到Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体里抽运光束和激光光束的模式匹配，以此提高ＧＴＲ－ＫＴＰ晶体腔内倍频转化
５４，０４１４０３（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图５输出激光的脉冲波形Ｆｉｇ．５Ｐｕｌｓｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｏｕｔｐｕｔｌａｓｅｒ图６平均输出功率随时间的变化曲线Ｆｉｇ．６Ａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｖｅｒｓｕｓｔｉｍｅ原因主要是采用的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体中Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度仅为１％，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ中Ｎｄ３＋离子在８８５ｎｍ处的吸收系数仅为８０８ｎｍ处的１／３，因此，在同等条件下Ｎｄ３＋离子在８８５ｎｍ处对抽运光的吸收效率不及８０８ｎｍ处的吸收效率。理论上，Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体对８８５ｎｍ抽运光低的吸收效率可以通过提高增益介质中Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度或者通过增加激光工作物质的长度来弥补，但在实际中Ｎｄ３＋离子在ＹＡＧ晶体中小的分凝系数导致生长的Ｎｄ…ＹＡＧ晶体中的Ｎｄ３＋离子的掺杂浓度一般不超过１．１％，因此，采用高掺杂浓度的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体作为增益介质不适合８８５ｎｍＬＤ直接抽运Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ以提高对抽运光的吸收。此外，增加Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ晶体的长度不适合端面抽运小型化激光器的研制。透明激光陶瓷烧结技术为研制高浓度掺杂的Ｃｒ，Ｎｄ…ＹＡＧ自调激光器陶瓷以用于Ｃｒ中，Ｎｄ…ＹＡＧ／ＧＴＲ－ＫＴＰ腔内倍频自调Ｑ小型化绿光激光器提供了可能，因为Ｎｄ３＋离子在Ｎｄ…ＹＡＧ透明激光陶瓷的掺杂浓度可以高达１０％［１９－２０］。高掺杂浓度的Ｎｄ…ＹＡＧ陶瓷作为激光增益介质获得了高
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