二极管近帖泵浦Nd：YVO4激光放大器研究

第３２卷第２期　激光与红外　Ｖｏｌ　３２．Ｎｏ．２　２００２年４月　ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤ　Ａｐｒｉｌ．２００２　文章编号：１００１－５０７８（２００２）０２￣００９１＿０　二极管近帖泵浦Ｎｄ：ＹＶＯ　激光放大器研究　郑权　，叶子青　，赵岭　（１中围科学院长春光机所，吉林长春１３００２２：２中国科学院上海光机所，上海２０１８００　摘要：报道了用激光二极管近贴泵浦两表面镀膜的Ｎｄ：Ｙ３，：Ｏ　晶片作为激光放大器的一种简　单设计　用该结构分别对被动调Ｑ脉）口激光和单叛连续激光进行了行波放大实验，在保持原　有光束质量的前提下获得了能量的放大输出。　关键词：ＬＤ泵浦；激光放大器；红外激光器　中图分类号：ＴＮ２４３　文献标识码：Ｂ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ＬＤ－ｃｌｏｓｅ－ｐｕｍｐｅｄ　Ｎｄ：ＹＶＯ４　Ｌａｓｅｒ　Ａｍｐｌｉｉｆｅｒ　ＺＨＥＮＧ　Ｑｕ‘衄。，ＹＥ　Ｚｉ—ｑｉｎｇ。，ＺＨＡＯ　Ｌｉｎｇ　（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＯｐｔｉｃｓ．Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ＣＡＳ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｈａｒ・ｓｈａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＯｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１８００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ＬＤ—ｃｌｏｓｅ—ｐｕｍｐｅｄ　Ｎｄ：ＹＶＯ　ｌａｓｅｒ　ａｍｐｌｉｉｆｅｒ　ｉｓ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｅｔｕｐ，　ａｈｖｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａｍｐｌｉ—　ｌｆｄｅ　ｉ￣ｍｒｅｄ　ｐａｓｓｉｖｅｌｙ　Ｑ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｐｕ／ｓｅ　ｌａｓｅｒ　ａｎｄ　ｌａｎｇ／ｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｂｅａｍ　ｑｕａｌｉｔｙ．ｒｅｓｐｅｃ—　ｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗ０　ｄ　：ＬＤ—ｐｕｍｐｅｄ；ｌａｓｅｒ　ａｍｐｌｉｉｆｅｒ；ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｌａｓｅｒ　１引言　合　Ｎｄ：ＹＶＯ　的左表面镀１０６４ｎｍＡＲ膜，右表面镀　为了获得性能优良的高能激光，激光放大技术　８０８ｎｍＡＲ和１０６４ｎｍＨＲ膜　这样，一束由ＤＰＳＳＬ激　是一种最佳方法　。激光放大器与激光振荡器均　光振荡器发出的１０６４ｎｍ波长的红外“种籽”激光　基于“受激辐射的光放大”同一物理过程，其主要区　一定偏角入射到已被激发的Ｎｄ：ＹＶＯ　增益介质中，　别是激光（行波）放大器设有谐振腔。工作物质在　并由其右表面反射后射出，通过受激辐射过程实现　泵浦光作用下，处于粒子数反转状态，当从激光器产　行波放大，这里，入射光往返两次通过了Ｎｄ：ＹＶＯ　生的光信号通过它时，由于入射光频率与放大介质　的增益区，更有效地利用了泵浦能量。该放大器件　的增益谱线相重合，激发态上的粒子在外来光信号　结构简单紧凑、成本低　的作用下产生强烈的受激辐射，叠加到入射光信号　设计该放大器时要考虑的一个重要问题就是　上而使之放大。　“模式匹配”，即如何使入射光在放大介质中经过的　采用行波放大技术有很多优点：第一，由于激光　空间区域与泵浦光的激活区域尽可能地重合，从而　束一次通过放大介质，因此介质不易被破坏；第二，　实现泵浦能量的充分利用　。在图１中，要实现良　当需要大能量激光时，可根据需要采用多级行波放　好的匹配，需要考虑泵光的发光区和发散角、Ｎｄ：　大，放大器逐级扩大激光束的孔径，有利于防止超辐　ＹＶＯ　的厚度和折射率、入射激光的截面和入射角　射和自聚焦的破坏；第三，所组成的振荡器一放大器　等因素。另外，考虑到在空间上入射光和泵浦光的　激光系统，可由振荡器决定出射激光的光束质量，而　能量都是　高斯函数分布的，因此应该主要利用泵　由放大器决定其能量或功率。二者结合，可以得到　浦光中心激活区的能量。　具有优良激光特性的高亮度激光。　本文报道了用激光二极管直接近贴泵浦两表面　镀膜的Ｎｄ　ｚＹＶＯ　晶体作成激光放大器的一种简单　设计，并用该结构分别对调Ｑ脉冲激光和单频连续　匾　激光进行了行波放大实验，最后还提出一种紧缩折　图１激光放大装置　叠结构作为大能量激光放大器的侯选方案。　２放大器的设计　基金项目：国家“８６３　高科拄计划资助项目（８６３—３０７—１３　Ｏ２）　激光放大装置如图１所示。放大器由ＬＤ泵浦　作者简介：郑权（１９７３一）、男，现为中国科学院长春光机所博　紧邻的Ｎｄ：ＹＶＯ　晶片构成。通过制冷器对ＬＤ进行　士研究生，主要从事大功率及高性能固体激光器、非线性频率变换技　严格的温控，使其发射波长与Ｎｄ：ＹＶＯ　的吸收峰重　术的研究，已在国内外重要刊物发表相关学术论文２０余篇。　收稿日期：２００１　５０７　维普资讯 http://www.cqvip.com

激光与红外　第３２卷　目前所用的ＬＤ一般是量子阱激光二极管，其发　光区很小，但由于衍射效应，泵光发散角却很大　例　如，最大输出功率１ｗ的国产ＬＤ其发光结尺寸一般　为１×ｌＯ０￣ｕｕ　，发散角约为２８×８ｄｅｇ　。需注意的是，　由于发光结尺寸越接近光波长其衍射效应越明显，因　此发光结短边对应的发散角要大。这一点在决定入　射光的入射面时值得注意。另外，倘若入射光是带有　偏撮｝生质的，入射时其偏振方向要与Ｎｄ：ＹＶ０　的偏　振发射方向相一致。　在Ｎｄ：ＹＶＯ　中入射光与泵浦光的“模式匹配”　情况可以由复杂的高斯光学求出。　，而简单的几何　光学也可以直观地解决这个问题。图２给出了用　１ｗ的ＬＤ近贴泵浦厚度为１’．１５ｒａｍ、掺杂浓度为　３ａ１％的Ｎｄ：ＹＶＯ　晶片作放大器时ｘ和Ｙ两个方　向通过激光与泵浦光的一种匹配情形。　角　ａ．ｘ向激光与泵光匹配　泉捕，ｔ　＾耵，　盖　益　±　ＮｄｔＹＶｏ４　ｂ　Ｙ向激光与泵光匹配　图２　Ｎｄ：ＹＶｏ４晶片内激光与泵浦光的匹配　可以求出，当入射激光束直径为０．１　ｒａｍ，并以　约１１。的入射角入射时，恰形成图２所示的匹配情　况。另外，考虑到高斯光束中心轴附近光密度大的　特点，可以断定该匹配是相当好的。下面用这种结　构进行行波放大的实验。　３实验及结果　３．１调Ｑ脉冲激光的放大　全固体被动调Ｑ激光器结构简单紧凑，成本低　且易于使用。我们首先用图３所示的Ｎｄ：ＹＶＯ　／　Ｃｒ：ＹＡＧ结构获得了高重复率的Ｑ脉冲激光；激光束　经透镜变换后再进入放大器进行放大。　将脉冲宽度２０．１１＇１５、峰值功率５７Ｗ、重复频率　高达１０７ｋＨｚ的Ｑ脉冲红外激光输入放大器中，放　大级泵浦功率为１Ｗ的条件下，得到了相同重复频　率的脉冲宽度１９．９ｎｓ、峰值功率达１２５Ｗ的放大脉　冲输出。图４给出了调Ｑ脉冲放大前后的波形。　圈３调Ｏ咏冲激光放大装置　［ｊ　ｂ放大后　图４放大前后的脉冲菠彤【ｆｌＯｎｓ／ｄｉｖ）　３．２单频连续激光的放大　二极管泵浦的１０６４ｎｍ单频激光器多采用短腔　结构，通常是在Ｎｄ：ＹＶＯ　薄片的两表面直接镀介质　膜来形成谐振腔。当增益介质Ｎｄ：ＹＶｑ很薄时，由　于反转粒子数少，单频红外激光输出功率不会太高，　在一些情况下有必要进行放大。　实验中，所用的单频微片激光器输出为　１２０ｒｏｗ，在放大极泵浦功率为１ｗ的条件下，最终获　得了大于５００ｒｏＷ的单频红外激光输出，图５为Ｆ・　Ｐ干涉仪扫描激光放大后的单频图。　Ｉ－．．．．一　图５　Ｆ・Ｐ干秽仪扫描图　４讨论　上面介绍的为单管ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＹＶ０４的放大器　结构，显然，若加大泵浦功率或采取多级放大形式会　获得更大的激光能量。图６所示的装置也是一种可　行的激光放大器设计方案，它是用激光二极管阵列　（或多个ＬＤ）近贴泵浦热物理性能和储能效果更好　的Ｎｄ：ＹＶＯ　晶体做成的紧缩折叠结构，　图６紧缩折叠结构放大器　倘若在图６的光线进出处加上腔镜，可形成驻　波谐振腔，成为紧缩折叠结构的大功率激光器　参考文献　［１：蓝信钜．激光技术　Ｍ］　北京：科学出版社，２０００，１４５—　１７０．　［２］Ｐａｏｌｏ　Ｌａｐａｒｔａ，Ｎ￣ｃｄＮ　Ｂｒｕｓｓａｒｄ．Ｄｅ虬　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｆｏｒ　ｍｏｄｅ　ｓｉｚｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｉｏｄｅ－ｐｕｍｐｅｄ　ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ　ｌａｓｅｒｓ　ｌ　Ｊ］．　ＩＥＥＥ　Ｊ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．１９９１，２７（１０）：２３１９—　２３２６　［３］　吕百达．激光光学［Ｍ］．成都；四川大学出版社，１９９２