平均功率级为1W的可调的LD泵浦294 Er：YAG激光器

1、平均功率级为1W的可调的LD泵浦2.94 m Er： YAG激光器C. E. Hamilton,* R. J. Beach, S. B. Sutton, L. H. Furu, and W. F. KrupkeLawrence Livermore National Laboratory, P.O. Box 808, Livermore, California 94550Received May 31, 1994一个由准连续铟砷化镓二极管阵列侧面泵浦的可谐调Er： YAG激光器在2.936 m波 段产生了 500m W的功率。它的腔体采用了 4cm长的平凹腔，并且在Et： YAG晶体的泵 浦面镀

2、上全反射膜，用于将二极管发射的光注入振荡器中。通过调整一个300 rm厚的YAG标准具来完成谐调。它的谐调范围是2.933 - 2.939 Rm。根据Er： YAG晶体的厚度（2或 者1mm）热透镜将占空因素限制在4%或者8%。在11%的占空系数下工作，2.5cm长的谐 振器产生1.3W的平均功率。在这篇文章中，我们报告一个产生平均功率高于580mW、中心波长2.94 rm、调谐范 围6纳米的LD侧面泵浦Er:YAG激光器。在这个激光器发展以前，LD泵浦Er:YAG激光器 晶体特殊加工的装置已经能在2.94rm波段输出约为200mW的能量。在更高的或者更低的 激光等级中不合适的寿命，复杂的状态

3、动力学系统，一个低受激放射截面，使Er： YAG系 统获得更高的平均动能有很多困难。在Er： YAG系统中，一个最重要的动力学过程是相邻 的三价Er离子在I13/2能级的交叉弛豫。由于大量离子从激光下能级I13/2跃迁到激光上能级 I11/2,这个跃迁克服了两个能级的交叉弛豫并且因此维持了粒子数反转。正是这种两个激光 能热能化的交叉弛豫让2.94rm谱线的连续震荡发生。我们这里介绍的激光器是一个准连续 装置，作为我们获得更高平均能量和有限的可调能力的方法，依赖于一个准连续砷化铟镓二 极管激光器阵列的侧面泵浦。通过这种方法，我们获得了更高的增益，这个增益对于延伸激 光器的可调范围和克服更高损耗是

4、必要的。图1展示的Er： YAG是一个斜的谐振腔，3 rm激光在Er： YAG晶体一个抛光面经 过全内反射。类似的全反射谐振腔在最近的研制中就已经被使用了，例如二极管侧面泵浦的 Nd： YVO4激光器7,8。全反射谐振腔的优势是即使这个振荡器是侧面泵浦的，增益也能够被 有效地耦合进振荡器的谐振模式中。这导致了侧面泵浦的激光器和那些端面泵浦的激光器相 比有更高的光学效率。除了全反射膜，这个4cm长的平凹谐振腔是由一个反射率为98.0% 的输出镜（CaF2基质）和一个曲率半径为5cm的高反射镜组成。谐调件是一个0.3mm厚的 未镀膜的YAG标准具。激光器晶体是50%掺杂的Er： YAG。在这个掺杂

5、浓度，测量到的 二极管辐射吸收系数（X= 963 nm）是14cm-1。这样，增益就集中于全反射膜表面。晶体 的中轴线为14mm、横截面尺寸为2mm x 2 mm.。端面的角度定位在布儒斯特角，全反射膜 反射角定在8。泵浦振荡器的准连续铟砷化镓二极管阵列是由四根1cm长的靶条组成。这 些靶条绑在一起并且和冷却通道分开9，堆积形成阵列，使二极管靶条间距1mm。三个圆柱 形透镜将二极管发射的光辐射耦合进Er： YAG晶体中。第一个是一个圆柱形微透镜并且直 接固定在每一个二极管靶条上。微透镜在二极管靶条的快轴上，并且将全角散射减小了 10mrad。剩下的两个圆柱形透镜的焦距是25到6mm。25mm的

6、透镜集中在每条二极管靶条 的慢轴上，同时6mm透镜使从阵列到单元器件的四个几乎准直的快轴的输出崩溃。单元器 件的尺寸的是200 Rm x 5mm，传输给晶体的峰值功率是220W。Laser output at 2.94 pm98.0% R output coupler50.0% Er:YAG crystal|5*cm*radlus high reflector4bar InGaAs laserv图4.在振荡器上的热透镜效应。每一种电流时截止频率与一个热负载为8W的晶体相匹配。 相应的焦距为25mm的热透镜造成谐振腔不稳定。总之，我们已经开发了一个1W的拥有有限调谐能力的二极管Er： YAG激光

7、器。显然， 将二极管泵浦掺铒激光器缩放进multiwatt制度中是可能实现的。无论如何，对于实现这种潜 在的可能性，我们必须首先更好理解各种掺铒材料的状态动力学性质和热力特性。基于其他 掺铒材料(e.g., Er:YSGG，这种激光器的，的寿命约1 ms)的二极管泵浦的3 m激光器已 经被证实远远好于Er： YAG激光器的光光转换效率和斜率效率。这些其他的材料很有可能 在不长的时间内达到5W的功率水平。本研究是在美国能源部美国能源部劳伦斯利佛摩国家实验室基于W-7405-Eng-48合同 的赞助下进行的。这项研究是由弹道导弹的防御组织承认并且支持的。*现在的地址,Aculight投份有限公司,

8、位于贝尔维尤40湖，100套房，贝尔维尤,华盛顿 98005。参考资料B. J. Dinerman, P. F. Moulton, and D. M. Rines, in Advanced Solid-State Lasers, A. A. Pinto and T. Y. Fan,Vol. 15 of OSA Proceedings Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1993), p. 396.S. Georgescu, V. Lupei, A. Lupei, V. I. Zhekov, T. M. Murina, an

9、d M. I. Studenikin, Opt. Commun. 81, 186(1991).Kh. S. Bagdasarov, V. I. Zhekov, V. A. Lobachev,T. M. Murina, and A. M. Prokhorov, Sov. J. Quantum Electron. 13, 262 (1983).V. I. Zhekov, V. A. Lobachev, T. M. Murina, A. V.Popov, A. M. Prokhorov, and M. I. Studenikin, Sov.J. Quantum, Electron. 19, 737

10、(1989).V. Lupei, S. Georgescu, and V. Florea, IEEE J. Quantum Electron. 29, 426 (1993).L. K. Smith, S. A. Payne, and W. F. Krupke, in Digest of Conference on Advanced Solid-State Lasers(Optical Society of America, Washington, D.C., 1994),paper AThC5.J. E. Bernard and A. J. Alcock, Opt. Lett. 18, 968

11、(1993).J. E. Bernard, V. D. Lokhnygin, and A. J. Alcock, Opt.Lett. 18, 2020 (1993).R. Beach. W. J. Benett, B. L. Freitas, D. Mundinger,B. J. Comaskey, R. W. Solarz, and M.Emanuel, IEEE J. Quantum Electron. 28, 966 (1992).J. J. Snyder, P. Reichert, and T. M. Baer, Appl. Opt.30, 2743 (1991).A. A. Kaminskii, A. G. Petrosyan, G. A. Denisenko,T. I. Butaeva, V. A. Fedorov, and S. E. Sarkisov, Phys.Status Solidi A 71, 291 (198