【doc】 Cr^4＋：YAG晶体及调Q激光器研究进展

1、cr：yag晶体及调q激光器研究进展激光杂志)2oo5年第26卷第6期laserjournal(vo1.26.no.6.2005)5突然被”漂白”而变得透明,这时腔内q值猛增,激光振荡的阈值粒子数反转密度降为,而n便成为这个低振荡阈值条件下的初始粒子数反转密度,>>nf2,于是激光器输出一个调q脉冲,腔内光场迅速减弱,因而晶体又恢复了吸收特性,起到将腔关闭的作用,然后再继续泵浦,产生脉冲,重复以上过程.如图5所示.图5调q脉冲形成过程5cr4:yag调q激光器的进展我国电子工业部第十一研究所在八十年代首先发现了cr4:yag晶体的饱和吸收性能,并用于自调q和被动调q激光器;进入9o

2、年代,cr4:yag被动调o激光器发展很快,在重复频率,脉冲宽度,峰值功率等指标上都有很大的提高j.1991年,美国的d.m.andrauslas和c.kermedy提出,四价铬离子掺杂钇铝石榴石(cr4:yag)可作为无驱动源的即插即用型(plugandplay)饱和吸收被动调q元件,不仅具有经济实用的特点,而且还有益于半导体激光器泵浦的固体激光器(dpss)的小型化9.此后,关于掺铬晶体的被动调q全固化激光器的报道如雨后春笋大量的涌现出来1j.5.1实现脉冲nd:yag激光器的调q运转1988年,人们就已经发现了cr4:yag中的具有可饱和吸收特陛,但直到1995年才首次采用cr4:yag

3、作为被动调q开关实现了对脉冲nd:yag激光器的调q运转,此后基于脉冲nd:“iac/cr4:yag被动调q的文章频频出现16j.1996年,欧阳斌等实现了初始透过率在10%7o%范围的各种cr4:yag晶体在脉冲nd:yag激光器的调q运转,获得了8l碍的调q激光脉冲,并指出由于cr4:yag的饱和光强小,所以当腔内净增益较大时,q开关很容易多次打开,这对提高调q重复率很有利,但对获得高峰值功率输出却不利,如果需要获得高能量单脉冲输出,可增加输出耦合,也可减小cr4:yag的初始透过率来提高输出脉冲能量.同年,雷海容等把单脉冲能量输出提高到了145mj,脉宽为3o一40ns,这是首次报道获得

4、单脉冲大于100嘲的实验结果i7j.2ooo年,华侨大学吴逢铁等人用cr4:yag饱和吸收体作调q元件对nd:yag做了调q实验,获得了平均输出功率为85.6nj的高能量,高稳定的调0脉冲,脉冲宽度为38ns,能量稳定度达99.6%瑁j.较好的脉冲q开关激光器应具备总体效率高,脉冲宽度窄,并且在一次脉冲泵浦时,调q巨脉冲输出为单脉冲的特点.所以,2001年,华侨大学应用物理系吴逢铁u9.在带抗共振环(antiresonantring,arr)的非稳腔nd:yag激光器中,采用cr4:yag作为被动调q元件,获得单脉冲能量>85mj,脉宽40ns和能量起伏小于0.4%的高能量,高稳定调q激

5、光脉冲,同时对平一凸非稳腔和平一平介稳腔进行实验比较,并对腔型和实验结果进行了初步分析.cr4:yag可饱和吸收体置于arr中心,两束等光强,相向传播的光脉冲在cr4:yag处相撞,相干叠加,同时对cr4:yag可饱和吸收体进行漂白,假如由于某种因素引起相向传播的光脉冲幅度不一致,那么在漂白cr4:yag过程中,吸收体对幅度高的脉冲将有较大的损耗,如果两脉冲从增益介质处得到相同增益,这种随机因素造成的幅度不一致会很快消除而趋于一致,这就进一步稳定了激光的运转,同时他们还指出短腔调q激光器可获得较窄的脉宽.2003年,曲阜师范大学潘志峰加等通过对谐振腔的优化设计和模式匹配,在大功率泵浦,无水冷的

6、情况下.c,r4+:yag饱和吸收体被动调q得到了最小脉宽为22ns,重复频率为23khz,峰值功率为3.5kw的激光脉冲输出,脉冲稳定度为6%.实验表明:cr4:yag完全可以取代染料或染料片,用于中小型功率的nd:yag激光器被动调q.5.2实现连续nd:yag激光器的调q运转cr4:yag的饱和光强小,适合于连续激光器被动调q,但由于cr4:yag晶体生长时控制cr4离子价态变化的特殊性,直到1996年才首次以cr4:yag实现了对连续nd:yag激光器的被动调o运转,输出脉宽80300ns,频率229khz,平均功率为4writj.然而一般来说,连续激光器被动调q受激光横模结构和纵模结

7、构以及激光泵浦速率起伏等主要因素的影响,输出稳定性较差,但如果采用一定的措施,被动调q输出的稳定性可以得到根本性的改善.1999年,刘媛媛等用cr4:yag晶体对连续nd:yag激光器进行了被动调q实验,获得了重复频率为lkhz7khz,脉宽为500ns的调q脉冲输出;当加入一个厂=loomm的聚焦透镜,得到了重复频率为lkhz一4khz,脉宽为300ns左右的相对稳定的调q脉冲输出.随着时间的推移,人们对cr4:yag在cwnd:yag激光器中的被动调q实验研究也取得了新的结果.2002年,南开大学现代光学研究所温午麒等采用峰值功率600w的准连续(qcw)激光二极管阵列(lda)端面泵浦n

8、d:yag晶体,其耦合装置为自制的微柱透镜阵列和透镜导管.使用cr4:yag可饱和吸收晶体作为q开关,并选取长度较短的nd:yag晶体,从而使激光腔的长度缩短到1lmm.实验研究了在较短的腔长条件下调q输出多脉冲波形的时间,空间分布.采用平一平腔结构时,每次泵浦脉冲获得单脉冲输出,脉冲宽度<4ns,能量4.5mj.2003年,以色列人r,feldman24j等人用ci:4:yag晶体对连续nd:yag激光器进行了被动调o实验,用光纤耦合二极管激光器激发,获得平均输出功率超过2w,高重复率(2.737khz),脉冲宽度约5.6ns.总之,由于cr4:yag晶体对激光吸收具有很小的饱和光强,

9、又有很好的热导性,这种晶体在ld泵浦的微片激光器中的应用,为激光器的小型化创造了条件.5.3cr4:yag在其它激光器中的被动调qcr4:yag除了在nd:yag激光器中实现被动调q外,在nd:w04,n:nay(w04),:,nd:gdvo,中也实现了被动调q.1998年,何京良等把cr4:yag用于ij)泵浦的nd:w连续波四镜折叠腔激光器中被动调q获得了脉宽为70ns激光输出,重复频率40khz,单脉冲能量52,平均功率2.1w,峰值功率740we:2001年,郑权26j等人用激光二极管直接端面泵浦被动调qnd:yvo4/cr4:yag激光器,用600row泵浦光激发,在1064nm处得到了平均功率138row的激光输出,脉冲宽度为19.8ns,重复率为170.1khz,峰值功率为4o.96w.2002年,山东大学陈磊等人用氙灯泵浦nd3:nai(w04),/cr4:yag激光器,当cr4:yag初始透过率