多功能大功率全固态蓝光激光器的研究

2008/7/15/11:00 来源：光电产品商贸网

    摘要：该文首次报道大功率多功能蓝光激光器。该激光器采用对泵浦光源LD的驱动电流配合腔内声光Q开关，首次实现了用同一台激光器，不进行任何机械调整，就实现了连续、准连续和脉冲三种工作模式。采用20W光纤耦合输出的LD泵浦，得到1.6W的473nm蓝激光连续输出，峰值功率稍大于连续工作模式的输出功率而脉冲宽度为1－5ms的473nm准连续激光输出，并利用声光调Q，得到最窄脉冲宽度为15ns、重复频率为0 ~ 150kHz的473nm脉冲激光输出，最大平均功率达2.5W。 

    前言 

　　大功率蓝光激光器在水下通信和探测、激光投影电视、激光医疗、材料分析、环境检测、微细加工、广告娱乐等国民经济和国防建设中的许多领域有重要应用。用半导体激光器（LD）泵浦的大功率蓝光全固态激光器由于具有效率高、维护简单、体积小、使用方便等优点而成为原有大功率蓝光激光器的换代产品。研制并开发大功率蓝光激光器不仅有重要的理论意义，而且可以创造很大的社会效益和经济效益，因而成为各国竞相研究开发的重要光电子器件。 

　　国外已经研制并开发出多种用LD泵浦的大功率蓝光全固态激光器商品。日本报道了用LD泵浦的输出功率为2W的473nm蓝光激光器，，和输出功率为500mW的473nm单纵模蓝光激光器；美国相干公司推出了高性能的400mW单模457.5nm蓝光激光器商品,韩国推出了输出功率达到1.7W的456nm蓝光激光器。另一方面，已见报道的全固态蓝光激光器都有一个不足：这些蓝光激光器都不具有既可连续工作，又可脉冲工作，还可准连续工作的多功能。而这种可以一台多用的大功率蓝光激光器正是许多用户所需要的，比如在市场巨大的医疗、激光显示等领域中急需它们。大功率蓝光激光器的相对高的价格使得这种需要更加迫切。本文报道我们进行多功能大功率全固态蓝光激光器的研究的最新结果。

    1．实现LD泵浦蓝光激光器的基本考虑 

　　一种常用的LD泵浦的大功率蓝光激光器的基本结构如图一所示。激光谐振腔由泵浦端反射镜、输出角反射镜和后反射镜组成。由LD发出的激光光束由聚焦系统聚焦、透过泵浦端反射镜后入射到激光晶体内，使其产生近红外(使用Nd:YAG晶体作为激光介质时的波长为946nm；使用Nd:YVO4晶体时的波长为915nm)基频光。使用倍频晶体（一般为LBO或BBO晶体）作为腔内倍频器，把基频光转化为蓝色倍频光。所产生的蓝色倍频光经由输出角反射镜输出。 

　　蓝光激光器的制作难度是比较大的，必须优化其方案才能得到高性能器件。

　　首先是由于此类蓝激光器是工作在三能级系统，它们达到激光能级的粒子数反转需要较强的泵浦，并且对所产生的基频光有较强的再吸收，因此产生激光振荡的阈值比较高。所以为了得到较强的基频光振荡，需要采用大功率LD作为泵浦光源，同时需要采用良好的聚焦系统以提高泵浦效率。 

　　其次，由于激光晶体工作时的温度升高，使其激光下能级的粒子数增加很快，导致激光介质的增益下降，限制了输出功率的提高。为了提高输出功率，必须对激光介质进行良好的散热，降低其工作温度。相对工作于4能级系统的激光器而言，三能级系统激光器的散热是更加重要的。 

　　再有，对于目前最常使用的Nd3＋激光介质的蓝光激光器，由于Nd3＋产生的工作于4能级系统的1.06 μm和1.3μm激光的增益，远远大于用于产生蓝激光的、工作于3能级系统的946nm和915nm激光的增益，因此必须采取措施抑制前两种波长激光的产生，才能得到所需三能级波长的激光振荡。目前，这种抑制主要采用谐振腔反射镜膜系的设计方法实现，并且此法已经得到很好的结果。

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