[其他]一种内腔倍频YAG激光器的倍频器

说明书

本实用新型属于激光器件技术领域。

使用磷酸氧钛钾晶体（KTiOPO₄，简称KTP）作为内腔倍频元件，其绿光输出水平近年提高很快，本发明人在1985年4月1日提出的一项中国专利申请（CN85101595）已有详细论述。1984年，美国加州爱克希玛公司（XMR Inc.）达到当时的最高水平，绿光（0.532μm）输出20瓦（a）。本实用新型的目的在于改进常规倍频器结构，使其中的KTP倍频晶体处于最佳方位角和最佳长度运用，并对KTP晶体进行水冷却，从而大幅度提高绿光输出。

图1是一个KTP晶体水冷却装置，（1）是KTP晶体，（2）和（3）是带有中空水道的金属块，（4）是冷却水进出口，（5）是薄层硅橡胶。金属块与晶体除两个通光表面外的四个侧面严密相贴，金属块接通冷却水。为避免装夹时划伤晶体，在金属块与晶体之间放入一层硅橡胶衬垫，它既柔软，又有较好的导热能力。

KTP晶体按第二类相位匹配的最佳相位匹配角切割加工，θ＝90°，φ＝21.3°，θ是波矢方向与Z轴的夹角，φ是波矢方向在XOY平面上投影后与X轴的夹角。

二个通光表面镀以对1.064μm和0.532μm的增透膜，由于温度不同对晶体的折射率不同，所以最佳匹配方向随温度而变。为了在不同泵浦功率下能保持基本恒定的匹配方向，采用了KTP晶体通水冷却的方案。

根据实验结果，由于热致双折射等原因，一般YAG激光器的输出特性具有一定程度的偏振分布，本发明人在双灯泵浦下测得偏振度为30％。由双轴晶体的倍频理论求得，产生二次谐波的转换效率A与基波场的两个偏振分量的初始振幅比r，晶体长度1及基波场振幅E₀有关：

A（E₀，1，r）＝E22E20]]>

上式S_n为雅可夫椭圆函数，E₂为二次谐波光场振幅。

对于某一恒定的r值，随1的增长，A随之增加，最终达到一个饱和值，称之为饱和转换效率A_S，不过对于较大的E₀值，达到A_S较早。

由椭圆函数的性质可得：

从而得出曲线如图2。

在一定基波强度时，A_S强烈依赖于r，只有当r＝0.976时，A_S可达极大值。基波偏振度越高，晶体方位角对倍频效率的影响就越大，方位角的调整就越重要。当r＝0.976时，晶体的取向称为最佳方位角，此时基波的两个偏振分量分别为：

(E₀)/(1＋r²) ＝0.512E²₀及 (r²E²₀)/(1+r²) ＝0.488E²₀

如果YAG激光偏振度不为零，必然存在一个最佳的晶体方位，在此方位角时，YAG激光基波在晶体中e₁和e₂两个方向上分量之比为0.976，这时可获得最大倍频输出。

在实际运用中，先测出YAG激光（1.064μm）在额定泵浦水平下输出的偏振分布，然后在做内腔倍频实验时，沿光轴旋转KTP晶体，使倍频输出最大，此时即找到最佳方位角。所以，倍频装置应该安放在一个360°回转装置上。