利用声光调Q的Nd晶体得到912nm高功率连续激光输出.docx

利用声光调Q的Nd:GdVO4晶体得到912nm高功率连续激光输出高静 于欣 陈飞 李旭东 张震 于俊华 王月珠哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001（接收于2007年10月12日）我们实现了利用Nd:GdVO4晶体的4F3/24I9/2跃迁得到一个912nm的高功率高效激光。在cw模式下，当入射泵浦功率为40.3W时可以达到8.6W的最大输出功率，产生33.3%的斜度效率和21.3%的光光转换转效率。就我们所知，这是cw模式下由普通Nd:GdVO4晶体得到的912nm激光的最大功率。912nm激光跃迁也由插入一个小型声光Q开关到内部谐振腔中而实现。因此，我们得到10 kHz重复频率下的为20 ns的最小脉冲宽度和1.43W的平均激光功率，相应的峰值功率7.1kW。我们相信这是912nm激光的最高的峰值功率。此外，当重复频率为100kHz时，我们也能得到脉冲宽度为65ns的激光。PACS: 42. 55. Xi, 42. 60. Gd, 42. 62. Be, 42. 60. Pk随着高性能非线性晶体的发展，900nm波段的激光器吸引了众多人的关注。一方面，900nm波段的激光器件是掺镱晶体和掺镱光纤极好的泵浦源。另一方面，它们能有一些特殊应用如：用于臭氧测量的水汽激光雷达和差分吸收激光雷达。另外，通过倍频，900nm波段的激光器能产生蓝光，在光数据存储，显示，拉曼光谱仪，生物医药，印刷和水下信息传输等方面都有用途。钕上的4F3/24I9/2跃迁已经被证明是一个去实现900nm波段的激光输出的便捷，高效的方法。最近，有不少关于钕上的4F2/34I9/2跃迁的研究。利用普通杆得到高至5.1W的cw输出功率和利用扩散粘结晶体得到15.2W功率都已经被实现。我们小组已经使利用普通Nd:GdVO4体晶体得到的912nm激光cw输出功率达到6.6W。利用薄圆盘，已经能使通过Nd:YAG得到的946nm激光cw输出功率达到14W，通过Nd:GdVO4得到的914nm激光cw输出功率达到5.8W。另外，掺钕光纤已经被用来900nm波段激光的放大振荡器，能使产生的938nm激光和914nm激光的输出功率分别达到11W和10.4W。 在信中，我们报告了由普通Nd:GdVO4体晶体得到的高效紧凑的912nm激光。其cw输出功率达到了8.6W。在声光调Q模式下，10kHz重复频率时的最小脉宽为20ns，最大峰值输出为7.1kW，我们甚至能让重复频率达到100kHz。 示意图1展示了实验装置。泵浦源是一个50W的808nm光纤耦合激光二极管（LD）阵列（先进光子系统），其核心直径为400m，数值孔径为0.22。激光晶体是一个在每一面有808nm(R0.6%),912nm(R0.2%),1063nm(R2%)防反涂层(AR)的尖的掺Nd:GdVO4晶体（0.2 at.%-doped 5-mm-lon）。低掺杂激光晶体有利减少热透镜和减少准三能级系统的重吸收损失。晶体被铟箔包裹，被铜板支起，且保持在130.2的水冷却环境下。实验使用了一个简单的平普莱诺腔。前镜M1和后镜M2对912nm的准三能级跃迁是高反（HR），对1064nm和1340nm是高传输（HT），以此来抑制Nd:GdVO4晶体上的更高效的四能级跃迁。作为一个输出耦合器，M2部分传输912nm激光，其传输率为6.6%。输出功率由PM30功率计检测而得（Coherent公司）。脉宽由DET210/M探测器检测（Thorlabs公司），显示设备是TDS3032B示波器（Tektronix公司）。 图2所示的是谐振器内没有Q开关的Nd:GdVO4的基态激光的输出特性。几何腔长为15mm，激射阈值是7.0 W。开始时，一个低的循环强度存在于腔内，且重吸收损失严重影响斜度效率，导致912nm激光的输出非线性增加和低效。随着泵浦功率的增加，循环强度变得更高以至于重吸收损失达到饱和。最后，输出功率因为严重的热透镜效应趋于饱和。当输入泵浦功率为40.3W时，912nm激光的cw输出功率达到8.6W，对应的斜度效率为33.3%，光光转换转效率为21.4%。就我们所知，这是cw模式下由普通晶体得到的912nm激光的最大功率。另外，一个分辨率为0.08nm的光纤光谱仪(HR4000-Ocean Optics)用于检测激光光谱。经过808nm的滤波器，我们没有发现其他频谱线。在我们的实验中，我们发现非常大部分的808nm泵浦光从输出耦合中泄露，说明我们使用的Nd:GdVO4晶体的低吸收率。因为这个原因，我们测量了晶体的实际吸收率。我们发现60%的泵浦功率都被吸收。因此，如果考虑低吸收率，泵浦功率吸收的斜度效率将是55.5%。对于脉冲规则，腔内插入一个有抗反涂层的的声光Q开关(Gooch and Housego 公司)，腔长扩展到40mm。图3为调Q的912nm激光输出图。当泵浦功率上升，平均输出功率随之上升，脉宽急剧缩短。因此，当输入功率为24.6W，重复频率为10kHz时，我们得到1.43W的平均输出功率和20ns的脉冲宽度，峰值功率为7.1W。就我们所知，这是912nm激光最高的峰值功率。图4展示了脉宽和重复频率的关系。脉宽从20ns到65ns，对应重复频率从10kHz到100kHz.作为一个准三能级系统，912nm激光在如此高的重复频率下能保持65ns的脉宽，充分说明Nd:GdVO4晶体的声光Q开关的优良性质。总的来说，我们说明了一个二极管泵浦的912nm Nd:GdVO4激光。我们已经在cw模式下得到了8.6W的输出功率，相应斜度效率为33.3%，光光转换转效率为21.4%。对Q开关规则，在10kHz重复频率下，我们能得到20ns的最小脉宽和7.1kW的最