【doc】 Cr^4＋：YAG晶體及調(diào)Q激光器研究進展

1、cr：yag晶體及調(diào)q激光器研究進展激光雜志)2oo5年第26卷第6期laserjournal(vo1.26.no.6.2005)5突然被”漂白”而變得透明,這時腔內(nèi)q值猛增,激光振蕩的閾值粒子數(shù)反轉(zhuǎn)密度降為,而n便成為這個低振蕩閾值條件下的初始粒子數(shù)反轉(zhuǎn)密度,>>nf2,于是激光器輸出一個調(diào)q脈沖,腔內(nèi)光場迅速減弱,因而晶體又恢復(fù)了吸收特性,起到將腔關(guān)閉的作用,然后再繼續(xù)泵浦,產(chǎn)生脈沖,重復(fù)以上過程.如圖5所示.圖5調(diào)q脈沖形成過程5cr4:yag調(diào)q激光器的進展我國電子工業(yè)部第十一研究所在八十年代首先發(fā)現(xiàn)了cr4:yag晶體的飽和吸收性能,并用于自調(diào)q和被動調(diào)q激光器;進入9o

2、年代,cr4:yag被動調(diào)o激光器發(fā)展很快,在重復(fù)頻率,脈沖寬度,峰值功率等指標(biāo)上都有很大的提高j.1991年,美國的d.m.andrauslas和c.kermedy提出,四價鉻離子摻雜釔鋁石榴石(cr4:yag)可作為無驅(qū)動源的即插即用型(plugandplay)飽和吸收被動調(diào)q元件,不僅具有經(jīng)濟實用的特點,而且還有益于半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器(dpss)的小型化9.此后,關(guān)于摻鉻晶體的被動調(diào)q全固化激光器的報道如雨后春筍大量的涌現(xiàn)出來1j.5.1實現(xiàn)脈沖nd:yag激光器的調(diào)q運轉(zhuǎn)1988年,人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了cr4:yag中的具有可飽和吸收特陛,但直到1995年才首次采用cr4:yag

3、作為被動調(diào)q開關(guān)實現(xiàn)了對脈沖nd:yag激光器的調(diào)q運轉(zhuǎn),此后基于脈沖nd:“iac/cr4:yag被動調(diào)q的文章頻頻出現(xiàn)16j.1996年,歐陽斌等實現(xiàn)了初始透過率在10%7o%范圍的各種cr4:yag晶體在脈沖nd:yag激光器的調(diào)q運轉(zhuǎn),獲得了8l礙的調(diào)q激光脈沖,并指出由于cr4:yag的飽和光強小,所以當(dāng)腔內(nèi)凈增益較大時,q開關(guān)很容易多次打開,這對提高調(diào)q重復(fù)率很有利,但對獲得高峰值功率輸出卻不利,如果需要獲得高能量單脈沖輸出,可增加輸出耦合,也可減小cr4:yag的初始透過率來提高輸出脈沖能量.同年,雷海容等把單脈沖能量輸出提高到了145mj,脈寬為3o一40ns,這是首次報道獲得

4、單脈沖大于100嘲的實驗結(jié)果i7j.2ooo年,華僑大學(xué)吳逢鐵等人用cr4:yag飽和吸收體作調(diào)q元件對nd:yag做了調(diào)q實驗,獲得了平均輸出功率為85.6nj的高能量,高穩(wěn)定的調(diào)0脈沖,脈沖寬度為38ns,能量穩(wěn)定度達99.6%瑁j.較好的脈沖q開關(guān)激光器應(yīng)具備總體效率高,脈沖寬度窄,并且在一次脈沖泵浦時,調(diào)q巨脈沖輸出為單脈沖的特點.所以,2001年,華僑大學(xué)應(yīng)用物理系吳逢鐵u9.在帶抗共振環(huán)(antiresonantring,arr)的非穩(wěn)腔nd:yag激光器中,采用cr4:yag作為被動調(diào)q元件,獲得單脈沖能量>85mj,脈寬40ns和能量起伏小于0.4%的高能量,高穩(wěn)定調(diào)q激

5、光脈沖,同時對平一凸非穩(wěn)腔和平一平介穩(wěn)腔進行實驗比較,并對腔型和實驗結(jié)果進行了初步分析.cr4:yag可飽和吸收體置于arr中心,兩束等光強,相向傳播的光脈沖在cr4:yag處相撞,相干疊加,同時對cr4:yag可飽和吸收體進行漂白,假如由于某種因素引起相向傳播的光脈沖幅度不一致,那么在漂白cr4:yag過程中,吸收體對幅度高的脈沖將有較大的損耗,如果兩脈沖從增益介質(zhì)處得到相同增益,這種隨機因素造成的幅度不一致會很快消除而趨于一致,這就進一步穩(wěn)定了激光的運轉(zhuǎn),同時他們還指出短腔調(diào)q激光器可獲得較窄的脈寬.2003年,曲阜師范大學(xué)潘志峰加等通過對諧振腔的優(yōu)化設(shè)計和模式匹配,在大功率泵浦,無水冷的

6、情況下.c,r4+:yag飽和吸收體被動調(diào)q得到了最小脈寬為22ns,重復(fù)頻率為23khz,峰值功率為3.5kw的激光脈沖輸出,脈沖穩(wěn)定度為6%.實驗表明:cr4:yag完全可以取代染料或染料片,用于中小型功率的nd:yag激光器被動調(diào)q.5.2實現(xiàn)連續(xù)nd:yag激光器的調(diào)q運轉(zhuǎn)cr4:yag的飽和光強小,適合于連續(xù)激光器被動調(diào)q,但由于cr4:yag晶體生長時控制cr4離子價態(tài)變化的特殊性,直到1996年才首次以cr4:yag實現(xiàn)了對連續(xù)nd:yag激光器的被動調(diào)o運轉(zhuǎn),輸出脈寬80300ns,頻率229khz,平均功率為4writj.然而一般來說,連續(xù)激光器被動調(diào)q受激光橫模結(jié)構(gòu)和縱模結(jié)

7、構(gòu)以及激光泵浦速率起伏等主要因素的影響,輸出穩(wěn)定性較差,但如果采用一定的措施,被動調(diào)q輸出的穩(wěn)定性可以得到根本性的改善.1999年,劉媛媛等用cr4:yag晶體對連續(xù)nd:yag激光器進行了被動調(diào)q實驗,獲得了重復(fù)頻率為lkhz7khz,脈寬為500ns的調(diào)q脈沖輸出;當(dāng)加入一個廠=loomm的聚焦透鏡,得到了重復(fù)頻率為lkhz一4khz,脈寬為300ns左右的相對穩(wěn)定的調(diào)q脈沖輸出.隨著時間的推移,人們對cr4:yag在cwnd:yag激光器中的被動調(diào)q實驗研究也取得了新的結(jié)果.2002年,南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所溫午麒等采用峰值功率600w的準(zhǔn)連續(xù)(qcw)激光二極管陣列(lda)端面泵浦n

8、d:yag晶體,其耦合裝置為自制的微柱透鏡陣列和透鏡導(dǎo)管.使用cr4:yag可飽和吸收晶體作為q開關(guān),并選取長度較短的nd:yag晶體,從而使激光腔的長度縮短到1lmm.實驗研究了在較短的腔長條件下調(diào)q輸出多脈沖波形的時間,空間分布.采用平一平腔結(jié)構(gòu)時,每次泵浦脈沖獲得單脈沖輸出,脈沖寬度<4ns,能量4.5mj.2003年,以色列人r,feldman24j等人用ci:4:yag晶體對連續(xù)nd:yag激光器進行了被動調(diào)o實驗,用光纖耦合二極管激光器激發(fā),獲得平均輸出功率超過2w,高重復(fù)率(2.737khz),脈沖寬度約5.6ns.總之,由于cr4:yag晶體對激光吸收具有很小的飽和光強,

9、又有很好的熱導(dǎo)性,這種晶體在ld泵浦的微片激光器中的應(yīng)用,為激光器的小型化創(chuàng)造了條件.5.3cr4:yag在其它激光器中的被動調(diào)qcr4:yag除了在nd:yag激光器中實現(xiàn)被動調(diào)q外,在nd:w04,n:nay(w04),:,nd:gdvo,中也實現(xiàn)了被動調(diào)q.1998年,何京良等把cr4:yag用于ij)泵浦的nd:w連續(xù)波四鏡折疊腔激光器中被動調(diào)q獲得了脈寬為70ns激光輸出,重復(fù)頻率40khz,單脈沖能量52,平均功率2.1w,峰值功率740we:2001年,鄭權(quán)26j等人用激光二極管直接端面泵浦被動調(diào)qnd:yvo4/cr4:yag激光器,用600row泵浦光激發(fā),在1064nm處得到了平均功率138row的激光輸出,脈沖寬度為19.8ns,重復(fù)率為170.1khz,峰值功率為4o.96w.2002年,山東大學(xué)陳磊等人用氙燈泵浦nd3:nai(w04),/cr4:yag激光器,當(dāng)cr4:yag初始透過率