LD 泵浦的Nd：YVO4/KTP 全固態(tài)連續(xù)激光器

劉 暢 殷一帆 羅倩雯

（河南大學(xué)，河南 開封475000）

LD 泵浦的全固態(tài)激光器具有易于控制、工作時(shí)間長、低功耗、低閾值、穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量高等一系列優(yōu)點(diǎn)[1,2]。它被廣泛應(yīng)用于激光信息存儲(chǔ)與處理、激光通信、激光投影、參量振蕩、激光分離同位素及軍用激光技術(shù)中。其次，由于激光的高亮度、單色性好的特點(diǎn)，綠色激光便是激光投影，3D 投影中三原色的最好選擇。因此，高性能的綠色激光器受到了廣泛的關(guān)注。世界各國激光產(chǎn)業(yè)競相爭奪進(jìn)行研發(fā)。目前，利用KTP、LBO、PPLN 這些倍頻晶體，對(duì)紅外波長進(jìn)行倍頻是獲得綠色激光最有效的方法之一[3]。特別近些年來，LD 泵浦Nd：YVO4激光晶體，利用KTP 晶體進(jìn)行腔內(nèi)倍頻，輸出單橫模綠光的研究得到了相當(dāng)?shù)闹匾昜4-6]。

本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的直腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用多單管光纖耦合半導(dǎo)體激光器泵浦YVO4+Nd：YVO4鍵合激光晶體。在此基礎(chǔ)上使用KTP 非線性晶體對(duì)紅外光進(jìn)行腔內(nèi)倍頻。以達(dá)到輸出532nm 激光的效果。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用直腔結(jié)構(gòu)，利用LD 進(jìn)行端面泵浦并使用腔內(nèi)倍頻的方式。泵浦源為多單管光纖耦合半導(dǎo)體激光器，最大輸出功率55W。設(shè)定其工作溫度在25℃，使工作波長為808nm，與Nd：YVO4晶體的吸收峰相匹配。激光晶體使用鍵合晶體YVO4+Nd：YVO4, 其中Nd：YVO4摻Nd3+的濃度為0.2%，尺寸為3mm ×3mm ×（3+12）mm， 鍍 膜 參 數(shù) S1：HR@1064nm&532nm&HT@808nm，S2：AR@1064&HR@532，倍 頻晶體尺寸為3mm×3mm×10mm，由于泵浦光的能量高，為了有效控制晶體處于25℃，使用TEC 進(jìn)行冷卻。為了使冷卻的效果更好，用錫紙將晶體包裹，放入經(jīng)過特殊加工的紫銅塊調(diào)節(jié)架中，并與TEC 控制芯片相鏈接，同時(shí)采用循環(huán)水冷制冷方式。輸出耦合鏡的參數(shù)R=-75/12.7*3（圖1）。

2 分步實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 光學(xué)耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性及損耗

泵光光源是K808DA5RN-55.00W型多單管光纖耦合半導(dǎo)體激光器。在25℃，他的發(fā)射中心波長為808nm，最大輸出功率為55W。經(jīng)實(shí)測，當(dāng)顯示泵浦功率為55W 時(shí)，實(shí)際注入晶體的功率為51.3W。該光學(xué)系統(tǒng)的耦合效率為93%。K808DA5RN-55.00W 型LD 輸出功率為32W 時(shí)，需要電流6.05A，輸出功率30 分鐘的穩(wěn)定性為RMS：0.1%，PTP：0.66%。

2.2 采用YVO4+Nd：YVO4 鍵合激光晶體時(shí)，紅外1064nm 輸出特性

采用17%的耦合輸出時(shí)，1064nm 激光輸出功率達(dá)到最高。在抽運(yùn)功率30W 時(shí)，輸出1064nm 激光14.2W，在輸出功率14.2W 時(shí)，1064nm 激光30 分鐘的功率穩(wěn)定性為RMS：0.22%，PTP：1.01%（圖2）。

2.3 532nm 綠光輸出特性

分別采用7mm、10mm 和12mm 的KTP 進(jìn)行倍頻研究。倍頻晶體和激光晶體采用同一套溫控設(shè)備。在泵浦功率為30W、采用10mm 的倍頻晶體倍頻時(shí)，輸出532nm 單橫模綠光功率為5.3W。輸出激光30 分鐘的功率穩(wěn)定性RMS：0.96%，PTP：5.35%（圖3）。

圖4 為輸出的光強(qiáng)分布圖。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，系統(tǒng)輸出的光功率較低，轉(zhuǎn)換效率一般?？赡苁且?yàn)閮蓚€(gè)晶體在一起，無法單獨(dú)調(diào)節(jié)及溫控可能影響效率及穩(wěn)定性。后續(xù)嘗試兩個(gè)晶體獨(dú)立調(diào)節(jié)，獨(dú)立控溫，保證角度的匹配。其次實(shí)驗(yàn)中輸出光中含有1064nm 和808nm 波長的光，可能影響后續(xù)工作。可以考慮增加兩個(gè)45°532 反射鏡進(jìn)行過濾。

3 結(jié)論

研究并制作了一種以多單管光纖耦合的半導(dǎo)體激光器端面泵浦Nd：YVO4/KTP 輸出連續(xù)532nm的激光器。在泵浦功率為30W 時(shí)，獲得了穩(wěn)定輸出的綠光5.22W，光- 光轉(zhuǎn)化效率為17.4%，并分析了一些轉(zhuǎn)換效率低的原因。為今后大功率DPL 的研究提供一些參考。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2

圖3

圖4