[其他]准连续泵浦KTP内腔倍频激光器

说明书

一种准连续泵浦ＫＴＰ内腔倍频ＹＡＧ激光器，本发明属于激光技术领域。由于采用了准连续泵浦的新方法，从而减小了工作物质的热效应，不但提高了基波功率，而且减小了发散角。在使用新型倍频晶体ＫＴＰ的条件下，可实现倍频的高转换效率，获得十瓦级的绿光输出。该激光器作为一种理想的强光光源，将进入实用化阶段，在激光加工、激光医疗、激光高速摄影、全息照相、非线性光学、频率转换技术、相位共轭技术有广泛的应用。

本发明属于激光器件技术领域。

使用内腔倍频YAG激光器是把近红外光波（106微米）转换到可见光波（0.53微米）的有效技术手段之一，也是激光频率变换技术的重要内容。

在连续YAG激光器的泵浦技术方面，普遍采用氪灯连续泵浦方式。欲获得较高的输出功率，必须提高谐振腔内循环的基波功率，因此必然要增加输入功率，即泵浦功率。由于YAG棒的热透镜效应随泵浦增强而加剧，导致YAG棒的热焦距随泵浦功率增加而变短，造成模体积减小和腔的不稳定性增加，必然限制了输出功率。

自从1964年首次实现倍频现象以来，大多数内腔倍频YAG激光器采用的倍频晶体是：铌酸锂（LiNbO₃），碘酸锂（LiIO₃）和铌酸钡钠Ba_aNaNb₅O₁₅）。由于上述晶体有的非线性系数低，有的使用条件苛刻，易于破坏，不能稳定工作，所以绿光最大输出平均功率在2至3瓦。1976年，美国杜邦公司（DUPONT Inc.）首先制成一种新型晶体钛氧磷酸钾（KTiOPO₄），简称KTP。在1981年和1982年，美国通用电气公司（GE）的刘（Y.S.LIU）等在电光Q开关脉冲钕玻璃激光器把KTP作为外腔倍频晶体，分别提高了40%及60%的倍频转换效率。1982年4月，刘在内腔倍频实验中获得约5.6瓦功率输出，发表在1984年“光学快报”。1982年7月，本发明人在美国爱克希玛公司（XMR Inc.）做内腔倍频实验曾获得10瓦功率输出，发表在1983年广州国际激光会议上。

本发明的目的在于改变常规泵浦技术的限制，减小工作物质的热透镜效应，提高模体积，增强谐振腔的稳定性，加大腔内基波功率，从而提高倍频平均输出功率。

本发明的技术装置可分为两部分，一部分是采用对泵浦源准连续状态供能的激光电源，另一部分是经过精确计算谐振腔结构的内腔倍频激光器。

准连续泵浦技术明显区别于脉冲泵浦和连续泵浦技术，同重复频率脉冲泵浦也有本质的区别，准连续泵浦是使光泵的放电电流重复的处于“导通”和“关断”两个状态，即光泵的放电电流波形图如图1。

由倍频输出功率P_2w与基波功率P_w的平方基本上成正比，即：P_2wαP²_w，在相同平均输入功率时，方波电流泵浦的平均输出的基波功率大于连续泵浦输出的基波功率。

图2表示输入平均功率指数为1，图3表示连续泵浦基波输出功率和倍频输出功率指数为1。图4表示在不变的输入平均功率条件，准连续泵浦的输入功率最大值指数为2，图5表示倍频输出功率的最大指数为4，图6表示准连续泵浦平均功率输出指数为2，由图3和图6比较，在输入平均功率不变，准连续泵浦光泵电流波形占空比1∶1时，准连续泵浦比连续泵浦提高了倍频输出功率1倍。如果占空比改为1∶2，输出功率提高2倍。在不发生基波功率饱和的条件下，可以类推出平均功率增加的数值。

由于使用准连续泵浦，相当程度地改善了器件的冷却条件。图7是在相同冷却条件下，实测出工作物质热焦距f_T随泵浦功率P变化的关系图。上部曲线是连续泵浦曲线，下部曲线是准连续泵浦曲线，可以看出准连续泵浦条件下热焦距减小1/3至1/2。