專利名稱：雙調(diào)Q平－凹腔Nd∶YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及—種雙調(diào)Q平—凹腔Nd:YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，屬于激光器技術(shù)。
背景技術(shù)：
激光二極管泵浦的高重復頻率(1～50kHz)、高平均功率(＞20W)、內(nèi)腔倍頻綠光固體激光器，由于同時具有效率高(總體電光效率可達10％)、光束質(zhì)量好、體積小、壽命長及運轉(zhuǎn)成本低等特點，在工業(yè)加工、海底探測、分離同位素以及科研等領(lǐng)域有著重要的應用價值。隨著半導體激光技術(shù)的發(fā)展以及其價格的降低，高功率及長壽命的激光二極管陣列組件已成為可能，并商品化。因此，具有壽命長、可靠性高、體積小及效率高等優(yōu)點的高功率、高重復頻率全固態(tài)綠光激光器得到了空前的發(fā)展，成為各國競相研究的熱點。
采用Nd:YAG內(nèi)腔倍頻技術(shù)是實現(xiàn)高功率綠光光源的重要途徑之一，目前該激光器多采用單聲光調(diào)Q平—平諧振腔技術(shù)，由于單聲光Q開關(guān)關(guān)斷能力的制約、諧振腔熱穩(wěn)定性以及倍頻晶體熱效應等因素的限制，使激光二極管泵浦的綠光激光器運轉(zhuǎn)輸出平均功率僅能達到60W左右，且穩(wěn)定性較差，這大大限制了其在工業(yè)、科研領(lǐng)域的實際應用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種雙調(diào)Q平—凹腔Nd:YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，該激光器輸出平均功率可達百瓦，不穩(wěn)定性小，重復頻率可調(diào)。
本實用新型是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，包括由80個20W二極管激光器泵浦，腔長為560mm的平—凹腔結(jié)構(gòu)，激光介質(zhì)為φ6.36×146mm的Nd:YAG晶體棒，內(nèi)腔倍頻晶體采用II類相位匹配的KTP晶體構(gòu)成了平均輸出功率達104W的532nm的綠光激光器。其特征在于，在平—凹諧振腔中Nd:YAG晶體的一側(cè)或兩側(cè)平行的設(shè)置了兩個聲光Q開關(guān)，同時倍頻晶體在6℃以下的環(huán)境工作。
上述的每個聲光Q開關(guān)參數(shù)為驅(qū)動功率為100W、工作頻率為27MHz、靜態(tài)透過率為98％(對1064nm)、衍射效率為20％、其調(diào)制頻率為1～50kHz。
上述的兩個聲光Q開關(guān)的聲場傳播方向的按同向方向設(shè)置，或著按異向方向設(shè)置。
本實用新型的優(yōu)點在于，改善了綠光激光器的平均輸出功率小，應用范圍窄的缺點，而本實用新型的輸出功率為104W，不穩(wěn)定性小于1.04％，重復頻率1～30KHz可調(diào)，可廣泛應用于工業(yè)激光雕刻加工、激光顯示、海底探測以及軍事光電對抗等領(lǐng)域。


附圖1是兩個聲光Q開關(guān)平行放置在Nd:YAG棒兩側(cè)的本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是兩個聲光Q開關(guān)都放置在Nd:YAG棒同一側(cè)的本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1為凹面全反鏡；2為聲光Q開關(guān)；3為高功率半導體激光器泵浦組件，4為Nd:YAG棒(Ф6.45×146mm)，5為諧波反射鏡，6為KTP倍頻晶體，7為輸出鏡。
具體實施方式
本實用新型80個20W二極管激光器組成，按照五角形等間距側(cè)面泵浦Nd:YAG棒的泵浦耦合技術(shù)，其總泵浦功率為1600W，激光介質(zhì)的尺寸為φ6.36×146mm，側(cè)面打毛，兩端磨成平面，鍍1064nm的增透膜。倍頻晶體采用II類相位匹配的KTP晶體(φ＝23.60；θ＝900)，其尺寸為7×7×8mm，兩面鍍1064nm和532nm的增透膜；激光諧振腔采用直通式平—凹穩(wěn)定腔，腔長為560mm，平凹全反鏡的曲率半徑為2m；諧波反射鏡采用鍍1064nm高透和532nm高反膜層的石英鏡片；兩套聲光器件參數(shù)為驅(qū)動功率為100W，工作頻率為27MHz，靜態(tài)透過率為98％(對1064nm)，衍射效率為20％，其調(diào)制頻率為1～50kHz。在同一泵浦電流下，隨著倍頻晶體冷卻溫度的降低，倍頻激光輸出的功率在增長，實現(xiàn)最大輸出的泵浦電流也在提高，顯然倍頻晶體的冷卻措施增大了晶體的熱傳導系數(shù)，提高晶體傳熱速度，減少了晶體吸收功率在內(nèi)部的沉積，相位失配在一定程度上得到緩解；此時輸出功率又上升，當繼續(xù)增大泵浦電流到17.3A時，倍頻激光輸出功率迅速降低，將倍頻晶體冷卻到6.3℃，同時調(diào)整倍頻晶體在諧振腔內(nèi)的角度(大約0.8°)，調(diào)整聲光調(diào)制器的調(diào)制頻率和脈沖同步時間，獲得重復頻率為20.4kHz、脈沖寬度135ns、平均功率為104W的高功率、高重復頻率綠光(532nm)輸出。在此狀態(tài)中，調(diào)整KTP晶體在諧振腔內(nèi)與激光介質(zhì)Nd:YAG棒的位置，發(fā)現(xiàn)倍頻激光的輸出功率在變化，當將倍頻晶體放置在距離Nd:YAG棒115mm時，激光的輸出功率最大，由此可以看出，雖然倍頻晶體被強冷卻，但倍頻晶體內(nèi)部的殘留熱吸收功率的熱量沉積，會導致熱透鏡效應，由于倍頻晶體相對Nd:YAG棒比較短，可以將其近似認為是薄透鏡，而Nd:YAG棒近似為類透鏡，移動倍頻晶體相當于移動兩個透鏡之間的距離，使諧振腔形成一個望遠鏡穩(wěn)定腔，從而實現(xiàn)激光的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。為了實現(xiàn)高功率激光器高穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，將激光器內(nèi)的器件調(diào)整在最佳狀態(tài)(如倍頻晶體冷卻為6.3℃，并調(diào)整其在諧振腔內(nèi)的角度為0.8°等)，使激光器處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，并在輸出功率為80W時連續(xù)運轉(zhuǎn)5h，每10分鐘記錄一次，將輸出功率結(jié)果取均方差，計算出不穩(wěn)定性為1.03％。
權(quán)利要求1.一種雙調(diào)Q平-凹腔Nd:YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，該激光器包括由80個20W二極管激光器泵浦，腔長為560mm的平-凹腔結(jié)構(gòu)，激光介質(zhì)為φ6.36×146mm的Nd:YAG晶體棒，內(nèi)腔倍頻晶體采用II類相位匹配的KTP晶體構(gòu)成，其特征在于在平-凹諧振腔中NdYAG晶體的一側(cè)或兩側(cè)平行的設(shè)置了兩個聲光Q開關(guān)，同時倍頻晶體在6℃以下的環(huán)境工作。
2.按權(quán)利要求1所述的雙調(diào)Q平-凹腔Nd:YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，其特征在于每個聲光Q開關(guān)參數(shù)為，驅(qū)動功率為100W、工作頻率為27MHz、靜態(tài)透過率為98％、衍射效率為20％、其調(diào)制頻率為1～50kHz。
3.按權(quán)利要求1所述的雙調(diào)Q平-凹腔Nd:YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，其特征在于兩個聲光Q開關(guān)的聲場傳播方向按同向方向設(shè)置，或著按異向方向設(shè)置。
專利摘要本實用新型公開了一種雙調(diào)Q平—凹腔Nd∶YAG內(nèi)腔倍頻輸出百瓦級的綠光激光器，屬于激光器技術(shù)。該激光器包括由80個20W二極管激光器泵浦，腔長為560mm的平一凹腔結(jié)構(gòu)，激光介質(zhì)為φ6.36×146mm的Nd∶YAG晶體棒，內(nèi)腔倍頻晶體采用II類相位匹配的KTP晶體構(gòu)成，其特征在于在平－凹諧振腔中Nd∶YAG晶體的一側(cè)或兩側(cè)平行的設(shè)置了兩個聲光Q開關(guān)，同時倍頻晶體在6℃以下的環(huán)境工作。本實用新型優(yōu)點在于，輸出532nm綠光平均功率達104W，不穩(wěn)定性小于1.04％，重復頻率1kHz～30kHz可調(diào)。它可廣泛應用于激光材料加工、激光顯示、核工業(yè)及海底探測等領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/127GK2632895SQ0325823
公開日2004年8月11日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者姚建銓, 徐德剛, 于意仲, 王鵬, 王濤, 周睿, 溫午麒, 郭麗, 丁欣, 陳進, 張百鋼 申請人:天津大學