【doc】 Cr^4＋：YAG晶体及调Q激光器研究进展.doc

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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初始透过率为87%时获得脉冲宽度为44.6ns的激光输出,单脉冲能量为0.65mJ,相应的峰值功率为91kW/cm2.2003年,山东师范大学刘杰J等首次报道了用:YAG晶体作饱和吸收体被动调QNd:GdV04激光器,获得脉冲宽度为9ns的激光脉冲,脉冲能量为65,并认为c一切Nd:GdV04激光脉冲要