外文文献翻译角抽运NdYAG复合板条多波长连续运转激光器.docx
- 文档编号:4235000
- 上传时间:2023-05-06
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:364.77KB
外文文献翻译角抽运NdYAG复合板条多波长连续运转激光器.docx
《外文文献翻译角抽运NdYAG复合板条多波长连续运转激光器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《外文文献翻译角抽运NdYAG复合板条多波长连续运转激光器.docx(19页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
外文文献翻译角抽运NdYAG复合板条多波长连续运转激光器
毕业设计/论文
外文文献翻译
系 别信息科学与技术系
专业班级光信0802
姓 名邹雅琴
评分
华中科技大学武昌分校
2012年3月
角抽运Nd:
YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器
刘欢柳强巩马理
(清华大学精密仪器与机械学系光子与电子技术研究中心,北京,10084)
*gongml@
摘要
报道了一种适合中小功率的全固态激光器的角抽运方法,抽运光从板条激光器中板条晶体的角部入射,可获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性。
采用单角抽运方式,进行了角抽运Nd:
YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器的实验研究。
激光腔采用紧凑型平-平直腔结构,腔长仅为22mm。
当注入抽运功率为50.3W时,1,1μm多波长激光连续输出功率最高可达12.6W,光-光转换效率为24%。
1引言
角抽运方式是我们研究中心提出的一种新的抽运方式。
其基本原理是在板条状激光介质的的角部切出一个倒角,抽运光通过这个倒角耦合到激光介质内部,利用抽运光在介质内的全反射来实现多程吸收,大大增加了吸收路程,在较低的掺杂浓度下也能获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性。
角抽运方式和热键合技术结合起来能获得更好的激光输出,通过热扩散方式的方法在掺杂介质的两边缝合非掺杂介质,能把抽运光吸收区限制在中间的掺杂区,防止激光在界之内形成回路,有利于抽运光能量的提取和激光介质的散热。
近年来,作者所在的研究小组已经成功实现了千瓦级连续输出的激光二极管(LD)角抽运Yb:
YAG激光器稳定运转,光—光转换效率高,但光束质量不高,像散比较严重,限制了它的应用。
目前,中小功率输出的全固态基膜激光器有着更广阔的应用前景。
角抽运方式作为一种新的抽运形式,既具有端面抽运效率高,激光晶体冷却方法简单的优点,又具有侧面抽运均匀性好、功率扩展性强的优点。
因此利用角抽运方式,开展中小功率全固态激光器的实验研究具有十分重要的应用价值。
从原理上分析,角抽运中小功率输出的复合板条固体激光器是完全可行的,但是其耦合系统、激光介质腔型结构、输出功率特性等与大功率时存在有一些差异,这需要进行深入细致的理论计算和实验研究。
在中小功率固体激光器的发展过程中,通常使用Nd:
YAG和Nd∶YVO4作为增益介质,两者都实现了较好的激光输出。
Nd∶YAG的主要优点是热机械性能好,而Nd∶YVO4的主要优点是有效受激发射截面大,偏振输出,有利于消除热致双折射带来的影响。
对于角抽运方式,由于其吸收光程比较长,因此对掺杂浓度和有效发射截面要求不高。
Nd:
YVO4的优点得不到充分发挥,所以在中小功率角抽运固体激光器增益介质的选择中,采用Nd:
YAG材料作为增益介质更为合适。
目前已经成功实现了角抽运Nd:
YAG复合板条1064nm激光及其倍频光准连续、高效、稳定输出和角抽运Nd:
YAG复合板条1319nm/1318双波长激光连续、高效、稳定输出。
近年来,人们开始对Nd:
YAG的1.1um附近的谱线产生了极大的兴趣,其中主要包括对1112nm和1123nm激光器的研制。
1112nm激光经倍频可获得556nm的黄光,该波长非常接近人眼最敏感波长555nm,非常适合于激光显示和照明。
1123nm激光器可以作为掺铥光纤的抽运源,通过上转换得到481nm的蓝光输出;同时1123nm的倍频光561nm黄光在医学、生物荧光实验研究和全息照相存储等领域有着极大的用途。
1997年,R.Paschptta等
利用激光二极管抽运Nd:
YAG,获得了1.6W的1123nm激光输出,再将该激光抽运掺铥光纤,经频率上转换获得230mW的481nm蓝光输出.1999年,N.MOORE等展示了衍射极限输出的1123nm驻波腔激光器,注入抽运功率5.6W时,激光输出功率1.7W;同时,他们构建了一个单向环形腔单频1123nm激光器,产生180mW的单频输出。
2004年,台湾的Y.F.Chen等采用Cr4+:
YAG被动调Q,在抽运功率1.5W时,获得了150mW,10KHz的调Q输出,脉宽50ns。
采用声光调Q,在抽运功率为19.2W时获得了平均功率3W的调Q输出,重复频率20KHz,峰值功率大于1kW;激光器连续运转时1123nm输出功率高达3.8W。
2005年,蔡志强等报道了一台LD端面抽运Nd:
YAG1123nm连续运转激光器,最高输出功率为2.6W,光—光转换效率为16.4%,斜率效率为18%。
2006年,F.Q.Jia等采用内腔倍频技术,在抽运功率为1.6W时,实现了109mW的连续556nm黄光输出。
2007年,E.J.Zang等报道一台输出功率达1.25W的1123nm单频激光器,斜率效率为39%,激光频率调节范围超过3GHz。
2009年,S.S.Zhang等实现了LD端面抽运陶瓷Nd:
YAG1123nm连续运转激光器10.8W稳定输出,光光转换效率高达41.4%。
本文采用角抽运技术,实现了10.9W的连续1112nm/1116nm/1123nm多波长激光稳定输出,光光转换效率21.7%,斜率效率22%。
2 实验装置
实验装置如图1所示,
LDbar的最大连续输出功率为50W,发光面积为10mm×0.7mm,有一定的发散角,而激光介质角面的尺寸为3mm×0.8mm,因此实验中使用由柱面透镜组成的耦合系统对抽运光进行压缩整形。
在快轴方向使用一个焦距为12.7mm的柱面透镜,在慢轴方向使用两个焦距为30mm的柱面透镜,通过调整各个柱面透镜的位置,可以把抽运光完全耦合到激光介质中,实验结果表明耦合效率可以达到95%以上。
根据光线追迹的数值计算方法,对角抽运复合板条的抽运吸收效率和均匀性进行了理论分析,并设计出单角复合板条各项参数的最佳范围。
采用上述的抽运耦合系统和优化的复合板条晶体,抽运吸收效率可达92.6%。
根据理论的指导,加工了优化的单角Nd:
YAG复合板条。
Nd:
YAG复合板条的掺杂原子数分数为1.0%。
掺杂区域的尺寸为14mm×0.8mm×0.8mm,两条非掺杂区域的尺寸为14mm×3.5mm×0.8mm,在复合板条的一角沿45°切一个倒角作为抽运光的入射面。
由于1123nm的受激发射截面约为1064nm的1/15,约为1319nm的1/3,约为946nm的3/5,因此为了获得增益较小的1112,1116和1123nm条激光谱线的运转,不仅需要抑制1064nm激光的振荡,还需要抑制1319nm和946nm的振荡。
选择激光谱线的方法很多,比如腔内加入色散棱镜、在谐振腔镜上镀制特殊要求的膜系等。
这里通过提高谐振腔两腔镜对1064,1319和946nm的透射率,抑制其起振,同时提高谐振腔对1112,1116和1123nm的反射率,以获得这3种波长激光的运转。
但值得注意的是,仅通过镀制窄带的反射膜系,很难实现三者当中任意一条激光谱线的单独运转,还需插入相关的选频器件,比如标准具、双折射滤波片等。
实验中采用平平直腔结构,考虑到谐振腔需要抑制掉1064,1319和946nm的激光振荡,对两腔镜镀制了特殊的膜系。
高反镜上镀制了对1123nm高反(R>99.8%),对1064nm(R>74%),1319nm(R>79%),946NM(>80%)高透的膜系;输出镜上镀制了对1123nm部分透射(R=2%),对1064nm(R>73%),1319nm(R>34%),946nm(R>80%)高透的膜系。
实验结果表明,1064,1319和946nm的激光振荡被成功抑制,获得了1..1μm附近激光的稳定运转。
由于1112,1116和1123nm这3条激光谱线的相对性能和受激发射截面比较接近,因此在特定的抽运功率下它们很容易同时起振。
在实验中也观察到三波长同时振荡的情况。
为了尽量扩展激光器的稳区范围,提高多波长激光的输出功率,采用线性短腔结构,腔长仅为22mm。
3 实验结果
图2给出了多波长激光连续输出功率与注入抽运功率之间的关系曲线。
当注入抽运功率为50.3W时,连续输出功率最高可达10.9W,光光转换效率为21.7%,斜率效率为22%。
在1.1μm多波长激光输出功率为10.9W时,利用光谱仪观测激光器输出光谱,如图3所示,
可观测到1112,1116和1123nm3波长同时振荡,1064nm激光已经被完全抑制,同时分别测量了这3个波长的线宽,分别为0.114,0.091和0.108nm。
利用光谱仪监测了不同抽运功率时的激光器输出谱线,均未发现1064,1319和946nm的激光振荡。
当注入抽运功率为48W时,对多波长激光连续输出功率的短期不稳定性进行了实验分析,每隔1min读取一个输出功率,在15min内,输出功率的不稳定度小于0.6%,测量结果如图4所示。
当1.1μm多波长激光输出功率为10.9W时,利用SpiriconM2-200光束质量分析仪测量了1.1μm多波长激光的光束质量因子M2。
经过仔细调节,多波长激光的光束质量因子为Mx2=10.18,My2=2.75,测量结果如图5所示。
束腰宽度在x和y方向分别为672μm和337μm。
4结 论
采用角抽运技术进行了角抽运Nd:
YAG/YAG1.1μm多波长连续运转激光器输出特性的实验研究,得到了比较理想的实验结果。
连续1.1μm多波长激光最高输出功率达到10.9W,光-光转换效率为21.7%,斜率效率为22%,在抽运功率为48W时,多波长激光连续输出功率的不稳定度小于0.6%。
当1.1μm多波长激光输出功率为10.9W时,它的光束质量因子为Mx2=10.18,My2=2.75。
由于仅采用腔镜镀膜的方式很难实现1.1μm波段单一谱线的稳定运转,因此下一步将在腔内插入双折射滤波片或者标准具等选频器件,以实现1.1μm波段单一谱线的高功率稳定输出。
参考文献
1.M.Gong,C.Li,Q.Liu,P.Yan,G.Chen,H.Zhang,andR.Cui,“Corner-pumpingmethodandgainmoduleforhighpowerslablaser,”U.S.PatentPatentNo.:
US7,388,895B2(2008).
2.M.Gong,C.Li,Q.Liu,G.Chen,W.Gong,andP.Yan,“200-Wcorner-pumpedYb:
YAGslablaser,”Appl.Phys.B79(3),265–267(2004).
3.Q.Liu,M.Gong,F.Lu,W.Gong,andC.Li,“520-Wcontinuous-wavediodecorner-pumpedcompositeYb:
YAGslablaser,”Opt.Lett.30(7),726–728(2005).
4.Q.Liu,M.Gong,F.Lu,W.Gong,C.Li,andD.Ma,“Corner-pumpedYb:
yttriumaluminumgarnetslablaseremittedupto1kW,”Appl.Phys.Lett.88(10),101113(2006).
5.W.A.Clarkson,andD.C.Hanna,“EfficientNd:
YAGlaserendpumpedbya20-Wdiode-laserbar,”Opt.Lett.21(12),869–871(1996).
6.M.Frede,R.Wilhelm,M.Brendel,C.Fallnich,F.Seifert,B.Willke,andK.Danzmann,“HighpowerfundamentalmodeNd:
YAGlaserwithefficientbirefringencecompensation,”Opt.Express12(15),3581–3589(2004).
7.G.D.Goodno,S.Palese,J.Harkenrider,andH.Injeyan,“Yb:
YAGpoweroscillatorwithhighbrightnessandlinearpolarization,”Opt.Lett.26(21),1672–1674(2001).
8.D.Golla,M.Bode,S.Knoke,W.Schöne,andA.Tünnermann,“62-WcwTEM(00)Nd:
YAGlaserside-pumpedbyfiber-coupleddiodelasers,”Opt.Lett.21(3),210–212(1996).
9.Y.Hirano,Y.Koyata,S.Yamamoto,K.Kasahara,andT.Tajime,“208-WTEM00operationofadiode-pumpedNd:
YAGrodlaser,”Opt.Lett.24(10),679–681(1999).
10.W.S.Martin,andJ.P.Chernoch,“Multipleinternalreflectionfacepumpedlaser,”U.S.PatentPatentNo.:
US3633126(1972).
11.S.Gao,H.Liu,D.Wang,andM.Gong,“LDbarcorner-pumpedTEM00CWcompositeNd:
YAGlaser,”Opt.Express17(24),21837–21842(2009).
12.F.Lu,M.Gong,H.Xue,Q.Liu,andW.Gong,“Analysisonthetemperaturedistributionandthermaleffectsincorner-pumpedslablasers,”Opt.LasersEng.45
(1),43–48(2007).
13.H.Xue,F.Lu,M.Xue,Q.Liu,Z.Guo,H.Zhang,andM.Gong,“ResonatordesignandbeamqualitymeasurementinYb:
YAGslablasers,”LaserTechnol.30(6),585–588(2006).
14.D.Sheng,M.Gong,andQ.Liu,“Analysisofthermaleffectsincorner-pumpedslab-statelasers,”LaserTechnol30
(1),86–89(2006).
15.N.Moore,W.A.Clarkson,D.C.Hanna,S.Lehmann,andJ.Bösenberg,“Efficientoperationofadiode-barpumpedNd:
YAGlaseronthelow-gain1123-nmline,”Appl.Opt.38(27),5761–5764(1999).
16.Y.F.Chen,Y.P.Lan,andS.W.Tsai,“High-powerdiode-pumpedactivelyQ-switchedNd:
YAGlaserat1123nm,”Opt.Commun.234(1-6),309–313(2004).
17.S.S.Zhang,Q.P.Wang,X.Y.Zhang,Z.H.Cong,S.Z.Fan,Z.J.Liu,andW.J.Sun,“Continuous-waveceramicNd:
YAGlaserat1123nm,”LaserPhys.Lett.6(12),864–867(2009).
Efficientcorner-pumpedNd:
YAG
compositeslab1.1μmlaser
HuanLiu,QiangLiuandMaliGong*
Abstract:
Cornerpumpingisanewpumpingschemefordiode-pumped
solid-statelasers,whichhastheadvantagesofhighpumpefficiencyand
favorablepumpuniformity.Acontinuous-wavecorner-pumpedNd:
YAG/YAGcompositeslabmulti-wavelengthlaserataround1.1μmisdemonstrated.Themaximaloutputpowerisupto12.06Wwithanopticalto-opticalconversionefficiencyof24%.
1.Introduction
Corner-pumpingisanewdiode-pumpedschemeforslablasersfirstdemonstratedbyourresearchgroup.Itisdifferentfromtraditionalones,suchasedge-pumped,end-pumpedandside-pumpedconfiguration.Theprincipleofcorner-pumpingissimpleandpractical.Theslabischamferedatonecorner;therefore,oneplaneatthecornerisformed,fromwhichthepumplightiscoupledintotheslab.Themulti-passabsorptionisrealizedbythetotalinternalreflectionofthepumplightintheslab,whichenhancestheabsorptionpathandbenefitstheextractionoftheenergyofthepumplightandtherejectionofheatofthelasermedium.Thecorner-pumpingmethodcanofferasimplepumpstructure,ahighpumpefficiencyandauniformhighpumppowerdensity.Furthermore,combinedwiththethermal-bondingtechnique,acompositeslabwithcenterdopedandtwosidesundopedmayresultinahigherpumppowerdensity,abetterpumpuniformityandmodematchingbecausetheabsorptionregionofthepumplightisconfinedinthecenterareaoftheslab.Inthecorner-pumpedconfiguration,thepumpfaceandlaseroutputfaceareseparatedtosavethecostofdichroicmirror.Inaddition,thecorner-pumpedconfigurationhasgreatpotentialforpowerscaling.Bynow,amaximumCWoutputpowerof1050WfromaYb:
YAGlaserhasbeenreported.
Recently,solid-statelaserswithlowormediumoutputpowershavebroaderapplicationprospects.Corner-pumping,asanewdiode-pumpingmethod,notonlyhasthemeritsofhighpumpefficiencyandsimplecoolingfortheslabcrystal,whichtheend-pumpedtypealsohasbutalsohasthemeritsofhighpumpuniformityandeasinessofenlargingtheoutputpower,whichtheside-pumpedtypealsopossesses.Therefore,itisveryimportanttocarryoutastudyofhighefficientsolid-statelaserswithlowormediumoutputpowersbasedonthecorner-pumpingmethod.Anefficientcorner-pumpedNd:
YAG/YAGcompositeslabCW1064nmlaserwithTEM00modeoperationhasbeenreportedbyourgroup.Themaximumoutputpoweris11.94Wwithanoptical-to-opticalconversionefficiencyof26%andtheM2factorsofbeamqualityatthewidthandthicknessdirectionsoftheNd:
YAG/YAGcompositeslabare1.18and1.34,respectively.Wealsohavereportedsometheoreticalstudyresults,includingtheeffectsofthegeometryparametersanddopingcontentofthecompositeslabonthepumpefficiencyandpumpuniformity
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 外文 文献 翻译 抽运 NdYAG 复合 板条 波长 连续 运转 激光器
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)