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全固态瓦级连续波绿光激光器

(工程技术学院,光子信息工程系,电子科学与技术叶敬良)
(学号:2000301002)

内容摘要:本文采用 9 个国产 20W 的连续半导体激光器作为泵浦源,开展高功率半导
体激光器列阵侧泵浦 Nd:YAG 固体绿光连续激光器的研究。采用腔内 KTP 倍频,实现了
功率达 1W 的连续 532nm 激光输出。
关键词:侧向泵浦, 半导体激光器列阵, 腔内倍频,Nd:YAG
教师点评: 与准连续和脉冲激光想比较,连续激光有它的独特应用。例如,在图象显示,
医学医疗和测量等领域。高功率的连续 DPSS 绿光激光器已经开始代替传统的气体氩离子激
光器,具有极大的应用前景。与侧向泵浦准连续绿光或纵向泵浦连续绿光相比较,本文研究
侧向泵浦连续绿光有一定的新意,并取得 1W 连续绿光输出,结果良好。

引言
近几年来,随着半导体技术的日益发展,全固态绿激光器技术日趋成熟。二极管激光在
功率、转换效率和运行寿命等方面有了很大的提高、这使得二极管泵浦固体激光器得到了很
大的发展。二极管泵浦固体激光器以其可靠性高、使用寿命长、转换效率高、光束质量好等
优点使之在医学、商业和工业加工等诸多领域开创了新的应用,广泛应用于许多领域。
准连续绿光有高重复频率、高平均功率、高光-光效率等。但是连续激光在激光显示、
工业制造、医疗运用等方面有着准连续激光无法替代的地位。本实验采用测面泵浦技术,研
究连续绿光输出。通过调节腔长、调节温度等实验,研究如何提高连续激光的输出功率。并
且针对连续和准连续绿色激光输出进行了比较。
本文采用 9 个国产 20W 的连续半导体激光器作为泵浦源,开展高功率半导体激光器列
阵侧泵浦 Nd:YAG 固体绿光连续激光器的研究。采用腔内 KTP 倍频,在驱动电流为 25A
的时,实现了功率达 1W 的连续 532nm 激光输出,并且倍频效率较高。

基本原理
众所周知,激光器的三要素是工作物质、泵浦和谐振腔。而倍频技术是本实验实现绿光
输出不可缺少的技术。在这里我从这四部分分别阐述本实验的基本原理。
一、工作物质
在激光器中,激光工作物质是产生激光的核心,其物理性质、光谱特性等,在很大程度
决定了激光器的性能,如波长、功率和锁模等。固体激光工作物质被称为固体激光器的心脏。
通常选择工作物质需要综合考虑其光学、热学、光谱方面等特性。用于激光器的工作物
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质必须具有尖锐的荧光谱线和较强的吸收带,以及所关心的荧光跃迁应具有相当高的量子效
率。
目前,适用于二极管抽运的晶体主要有:Nd:YAG,Nd:YLF,Nd:YVO4 三种。作为
LD 泵浦的激光晶体,具体来讲,我们主要考虑三个方面的特性,即荧光寿命(τ),发射
截面(σ)及吸收带宽Δλ。荧光寿命长的晶体在亚稳态能级上能级积累更多的粒子,有利
于储能和器件输出功率的提高。发射截面大的晶体易实现激光振荡,但对大能量和大功率的
脉冲激光器来说不易储能,限制了器件能量和功率的提高。吸收带越宽,就越容易实现泵浦
光与工作物质的匹配。
二、泵浦
LD 泵浦的优点是具有高的空间亮度,高的电光转换效率,长寿命和输出辐射在时间波
形上有更大的灵活性;且它具