目前,946nm激光输出*大已达5.7W,是德国汉堡大学激光物理研究所于1997年报道的<4>。他们用两个20W激光二极管块光束整形后耦合在一起作为泵浦源,并且用-BBO晶体实现腔内倍频得到550mW、473nm蓝光。关于倍频,主要有两种倍频技术应用于473nm蓝光的产生中。其一是普通的相位匹配技术,利用倍频晶体的角度相位匹配或者利用它的非临界相位匹配(温度匹配),目前利用KNbO3晶体和-BBO晶体的角度相位匹配已分别产生100mW<5>和550mW蓝光<4>。另一种技术是利用周期性极化倍频晶体实现准相位匹配。英国南安普敦大学光电研究中心于1995年在腔外实现周期性极化LiNbO3(PPLN)晶体的一阶准相位匹配<6>,得到49mW蓝光,转换效率4.6%,PPLN长6mm,周期4.6m。目前*新报道是瑞典皇家工业技术学会物理/光学部于1999年初用周期性极化KTP(PPKTP)在腔内实现一阶准相位匹配<7>,得到740mW蓝光,总的光-光转换效率5.7%,PPKTP长9mm,周期6.09m。
激光器速率方程理论,推导出激光器阈值、输出功率、斜率效率公式。由于下能级粒子数对激光的再吸收损耗,使阈值较之四能级系统偏高;而且,存在一*佳晶体长度,使阈值*小。这是因为当晶体较短时,粒子数反转不完全,引起阈值较高;而晶体较长时,再吸收损耗较大,使阈值也较高。1988年W.P.Risk对准三能级激光器理论作了一些补充<9>,仔细分析了泵浦光斑和激光光斑大小对激光器的影响。他们的理论也适合其它准三能级激光器,如Ho3+中5I7→5I8的跃迁、Er3+中4I13/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2之间的跃迁。这些理论对激光器设计有很好的指导作用。
实验装置LD泵浦Nd∶YAG946nm激光器实验装置示意图实验装置如所示。泵浦源为美国光功率公司生产的带尾纤输出的半导体激光器,*大输出功率15W,中心波长808nm,光纤芯径600m.光束发散角40°,数值孔径0.37,光斑基本上为圆形。泵浦光经过光学系统准直聚焦后入射激4光晶体。在该晶体的抽运光输入端镀有双色膜,作为激光腔的全反镜,这样不仅简化了腔体结构,同时也减小了腔内损耗。激光晶体裹以铟箔并放在铜制水冷夹具中。激光晶体为北京华北光电所生产的1at.%掺杂的Nd∶YAG晶体,根据光谱曲线推算出在808nm处吸收系数为4.5cm-1,晶体尺寸为3×5mm.输出镜为曲率半径50mm的凹面镜。泵浦源工作于连续方式。
实验结果用色谱仪光谱仪测得激光光谱曲线如所示。激光器输入输出曲线如所示。图中离散点为实验数据点,直线为拟合曲线。此时输出镜几乎为全反镜。激光器输出功率随泵浦功率的变化目前,采用输出透过率1.5%的平凹输出镜,*大已得到输出激光36mW(滤光片后的数值,使用热电耦式功率计)。但是在实验中观察到:*大输出不能维持多久,输出功率慢慢降低,有时甚至消失。