[發明專利]雙調Q復合陶瓷Nd:YAG內腔倍頻綠光激光器

無效

• 申請號: 200910069520.7
• 申請日: 2009-07-01
• 公開（公告）號: CN101599614A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 徐德剛;王與燁;姚建銓;鐘凱;王鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/0941;H01S3/08;H01S3/127;H01S3/06;H01S3/101;H01S3/10;H01S3/109
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于綠光激光器技術，特別涉及百瓦級雙調Q復合陶瓷Nd:YAG內腔倍頻綠光激光器。

背景技術

激光二極管泵浦的高重復頻率(1～50kHz)、高平均功率(＞20W)、內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％)、光束質量好、體積小、壽命長、運轉成本低等特點，在工業加工、海底探測、軍事光電對抗以及科研等領域有著重要的應用價值。隨著半導體激光技術的發展以及其價格的降低，高功率、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、效率高等優點的高功率、高重復頻率全固態綠光激光器得到了空前的發展，成為各國競相研究的熱點。

采用基于KTP非線性光學晶體的聲光調Q?Nd:YAG內腔倍頻技術是實現高功率綠光輸出的重要途徑之一。目前該激光器多采用Nd:YAG晶體作為激光增益介質、KTP晶體作為倍頻晶體。但是，在高功率輸出的情況下，激光晶體的熱應力、熱致雙折射以及熱透鏡等熱效應將會導致激光輸出功率的下降、不穩定、輸出光束差以及激光壽命縮短等不利因素，并且在輸出平均功率達到幾百瓦的紅外激光輻射下，KTP晶體既會線性吸收紅外光和綠光功率，還可能發生非線性吸收如雙光子吸收等三階非線性效應吸收激光功率，從而在內部產生溫度梯度分布，導致折射率分布不均勻。這一方面破壞了晶體的最佳相位匹配環境使得晶體的倍頻效率下降，另一方面由于晶體熱應力的產生，會產生相應的熱透鏡效應，在內腔倍頻中會改變激光諧振腔參數，從而引起激光功率的不穩定和倍頻效率的下降。雖然高功率綠光激光器中通常采用低溫(4-10℃)冷卻和改變倍頻晶體角度(即改變紅外光入射到晶體中的角度)的方法來補償倍頻晶體的相位匹配角，但是由于低溫冷卻環境降低了KTP晶體的損傷閾值，容易導致KTP晶體的“灰跡”(所謂的灰跡指的是KTP晶體中由于晶格缺陷而在低溫下產生的破壞現象)的出現。

為了改善激光增益介質的熱效應，人們通過改變激光介質的形狀(如板條和圓盤狀)，增加冷卻面積實現熱量的擴散，減少激光晶體的熱應力和熱透鏡效應；通過雙棒串接等技術措施減少熱致雙折射效應。近年來，人們又采用離子鍵合技術實現復合激光增益介質(即在同一激光介質中，為了滿足泵浦結構的需要，一部分為激光增益，另一部分為非增益區)來減少激光晶體的熱效應。但是，以Nd:YAG晶體作為激光介質時，在生長的過程中，很難實現這種復雜的復合結構，只能在后期加工進行。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于：提供一種穩定輸出功率在150W級的雙調Q復合陶瓷Nd:YAG內腔倍頻綠光激光器，克服現有技術熱效應嚴重和容易出現“灰跡”等缺點。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：雙調Q復合陶瓷摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG內腔倍頻綠光激光器包括凹面全反鏡、聲光Q開關、由二極管激光器泵浦的激光介質、諧波反射鏡、倍頻晶體和輸出鏡，所述的凹面全反鏡、輸出鏡構成平-凹諧振腔結構；在平-凹諧振腔中凹面全反鏡、激光介質間正交放置有兩個聲光Q開關；激光介質為復合陶瓷摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG圓柱狀棒，其中棒的兩端均未摻雜，中間摻釹Nd離子的濃度為0.7％±0.02％，兩端拋光并鍍1064nm增透膜，側面打毛處理；所述的由二極管激光器泵浦的激光介質是由多個二極管激光器按照五角形等間距側面泵浦摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG棒進行泵浦耦合；在激光介質和輸出鏡之間依次放置有諧波反射鏡、帶冷卻器的優質磷酸氧鈦鉀SKTP倍頻晶體。

所述的平-凹諧振腔腔長為360mm，凹面全反鏡的曲率半徑為1m；諧波反射鏡采用鍍1064nm高透和532nm高反膜層的石英鏡片；根據二極管激光器的尺寸復合陶瓷摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG圓柱狀棒的中間114mm長摻Nd離子，兩端各15mm均未摻雜，一次性燒結而成，其直徑為6.36mm，兩端磨成平面，鍍1064nm的增透膜。

所述的優質磷酸氧鈦鉀SKTP倍頻晶體φ＝23.5°，θ＝90°，入射到晶體內基波的光波矢與晶體光軸z軸的夾角為θ，光波矢在晶體yoz平面的投影與x軸的夾角為φ，其尺寸為6×6×10mm，兩面鍍1064nm和532nm的增透膜。

所述的諧波反射鏡采用鍍1064nm高透和532nm高反膜層的石英鏡片；聲光調Q器件采用兩個驅動功率為50W正交放置的器件，工作頻率為27MHz，對應鍍1064nm增透膜靜態透過率為98％，衍射效率為20％，調制頻率為1～50kHz。

本發明具備下列技術效果：

1、采用復合激光介質，克服了高功率激光器中激光介質端面容易損害的缺點；