本文報(bào)道全固化的微型全固態(tài)綠光激光器、分立元件的脈沖全固態(tài)綠光激光器以及提高它們輸出功率穩(wěn)定性研究的最新結(jié)果。使用連續(xù)輸出功率為1W的LD抽運(yùn)，用它們分別得到230mW的532nm綠激光的連續(xù)輸出和峰值功率達(dá)1.2kW的532nm綠激光脈沖的穩(wěn)定輸出。采用對(duì)輸出532nm激光采樣、對(duì)抽運(yùn)LD電流進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)綠激光器輸出功率實(shí)現(xiàn)光電反饋控制的方法，使這兩種激光器的輸出功率長(zhǎng)期穩(wěn)定性提高到0.5%，可以大大擴(kuò)展它們的應(yīng)用范圍。 全固態(tài)綠激光器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、功率大、光束質(zhì)量好、體積? ⑹倜ぁ⑹褂梅獎(jiǎng)愕扔諾悖誆噬允盡⒓す庖攪啤⑺巒ㄑ兜確矯嬗兄匾撓τ茫槍諭夤獾繾蛹際躚芯坑肟⒌娜鵲闃弧Ｈ?fàn)C荒詒鍍德碳す餛魍ü咝實(shí)那荒詒鍍禱竦寐碳す饈涑觶慕峁菇舸眨恍矢擼腔竦寐碳す獾鬧饕骷弧５譴死嗦碳す饈涑齬β什ǘ話(huà)愣己艽蟆Ｇ荒詒鍍德坦餳す餛魘涑齬β實(shí)奈榷ㄐ猿晌殼叭?fàn)C坦餳す餛韉難芯恐氐憧翁庵弧? 本文報(bào)到我們研制的全固化微型全固態(tài)綠光激光器和分離元件的全固態(tài)脈沖綠光激光器，以及提高它們輸出功率穩(wěn)定性的最新結(jié)果。 1、全固化的微型全固態(tài)連續(xù)綠光激光器 在本文中，“全固化”是指激光頭的全部元件被用環(huán)氧樹(shù)脂粘合為一個(gè)整體，整個(gè)器件中沒(méi)有任何需要調(diào)整的元件，這種器件的使用十分方便。本文研制的全固化的微型全固態(tài)連續(xù)綠光激光器采用LD端面抽運(yùn)Nd:YVO4激光晶體得到1064nm近紅外激光，再用KTP晶體作腔內(nèi)倍頻得到532nm綠激光輸出。 它采用北京半導(dǎo)體研究所生產(chǎn)的808nm的1W的LD作為抽運(yùn)光源。由于所用LD的輸出功率比較小，因此提高器件的光－光轉(zhuǎn)換效率是提高器件性能的關(guān)鍵。為此，采用半導(dǎo)體制冷器作為溫度控制元件，對(duì)LD的溫度進(jìn)行控制，以使其工作波長(zhǎng)和激光晶體的吸收波長(zhǎng)峰值準(zhǔn)確重合，提高對(duì)抽運(yùn)光的吸收效率。在本實(shí)驗(yàn)中把LD的工作波長(zhǎng)調(diào)整到808.5nm。采用中科院福建物構(gòu)所生產(chǎn)的Nd:YVO4晶體作激光介質(zhì)，摻雜濃度為3at％，a軸方向切割，長(zhǎng)度為1mm，橫截面尺寸為3×3mm2。采用端面同軸抽運(yùn)方式使LD的抽運(yùn)光束和所產(chǎn)生的1.064mm激光光束在空間上更好地耦合，以提高抽運(yùn)效率。采用焦距為3mm的非球面透鏡把LD的光束聚焦到Nd:YVO4晶體內(nèi)部，焦點(diǎn)處光斑直徑為100mm，抽運(yùn)光從LD到Nd:YVO4晶體內(nèi)部的總耦合效率為92％。采用平凹穩(wěn)定型諧振腔提高器件的效率和穩(wěn)定性。為了提高抽運(yùn)光利用率，采用凹面后反射鏡和平面輸出鏡組成激光諧振腔。Nd:YVO4晶體的入射端面是曲率半徑為50mm球面。后反射鏡直接鍍制在此面上。它對(duì)1064nm的反射率>99.8%，對(duì)808nm光的透射率>99.5%。Nd:YVO4晶體的另一端為平面，鍍同時(shí)對(duì)1064nm和532nm的雙波長(zhǎng)增透膜，剩余反射率<0.25%。平面輸出鏡對(duì)1064nm光的反射率>99.8%，對(duì)532nm光的透射率>97%。平面輸出鏡的背面鍍有對(duì)532nm光的增透膜，剩余反射率<0.25%。采用北京人工晶體研究院生產(chǎn)的KTP倍頻晶體作腔內(nèi)倍頻器，按類(lèi)臨界相位匹配角切割，它的橫截面為3×3mm2，通光方向長(zhǎng)5mm，兩個(gè)通光面同時(shí)鍍對(duì)1064nm和532nm的增透膜，每個(gè)面的剩余反射率<0.25%。為了提高器件的穩(wěn)定性，用環(huán)氧樹(shù)脂把全部元件粘接為一個(gè)整體，同時(shí)用一個(gè)半導(dǎo)體致冷器對(duì)它們進(jìn)行整體控溫。 用濾光器濾除輸出光束中的808nm的抽運(yùn)光和1064nm的基頻光后，用Ocean Optics, Inc. 公司的HR2000CG-UV-NI光譜儀測(cè)量綠激光的波長(zhǎng)，用清華大學(xué)研制的HH型F－P共焦球面掃描干涉儀測(cè)量綠激光的縱模，用北京物科光電技術(shù)公司的LP－3A型功率計(jì)測(cè)量532nm輸出功率和穩(wěn)定性。在LD發(fā)出的抽運(yùn)功率為1W時(shí)，得到230mW的TEM00模532nm綠激光的穩(wěn)定輸出，光－光轉(zhuǎn)換效率達(dá)23％，4小時(shí)的穩(wěn)定性?xún)?yōu)于±3%，綠激光中有3－4個(gè)縱模，每個(gè)縱模的寬度小于40MHz（受儀器分辨率所限）。據(jù)我們所知，這種激光器的性能在同類(lèi)產(chǎn)品中是最好的。 2.脈沖全固態(tài)綠光激光器 為了得到高的峰值功率，本文研制了采用聲光調(diào)Q的腔內(nèi)倍頻脈沖綠光激光器。 此聲光調(diào)Q綠激光器所使用的元件和連續(xù)綠激光器的基本相同，只是Nd:YVO4晶體的抽運(yùn)端球面的曲率半徑是100mm，另外在倍頻晶體和輸出鏡之間加入了聲光Q開(kāi)關(guān)，其超聲波頻率為70MHz，通光方向長(zhǎng)度為18mm，兩個(gè)通光面鍍有對(duì)1064nm和532nm同時(shí)高透射的增透膜，每個(gè)面的剩余反射率<0.25%。為了提高器件性能的穩(wěn)定性，同時(shí)使激光器的調(diào)整方便，把抽運(yùn)LD、致冷器、聚焦系統(tǒng)和激光晶體用環(huán)氧樹(shù)脂固化為一個(gè)整體，然后固定在作為熱沉的大底座上。把倍頻晶體、聲光Q開(kāi)關(guān)和輸出分別用調(diào)整架固定在散熱器上，它們的位置和方位是可以進(jìn)行調(diào)整的。 其輸出光參數(shù)的測(cè)量?jī)x器除了進(jìn)行前述連續(xù)綠激光器參數(shù)測(cè)量所用儀器之外，同時(shí)用重慶航偉光電科技有限公司的GT101型硅光電探測(cè)器檢測(cè)綠激光脈沖信號(hào)，用Agilent公司的54622A型100MHz示波器測(cè)量激光脈沖寬度。在LD發(fā)出的抽運(yùn)功率為1W時(shí)，得到TEM00模532nm綠激光脈沖的穩(wěn)定輸出，激光脈沖的重復(fù)頻率范圍是0－100kHz，脈沖寬度一般為15ns，最短為10ns，最大峰值功率為1.2kW，4小時(shí)的穩(wěn)定性?xún)?yōu)于±5%。 這種脈沖激光器除了在科研和生產(chǎn)中有較多的應(yīng)用之外，由于它的元件是可以按照需要進(jìn)行拆卸和重新組合，從而可用來(lái)進(jìn)行喇曼衍射、連續(xù)和脈沖近紅外激光器、連續(xù)和脈沖綠激光器、激光參數(shù)等的演示、調(diào)試與測(cè)量，是教學(xué)的基本儀器，有很大的市? ? 3.提高綠光激光器輸出功率穩(wěn)定性的研究 上述連續(xù)和脈沖綠激光器的性能已經(jīng)能滿(mǎn)足多數(shù)應(yīng)用的要求。但是還有一些應(yīng)用，例如利用光熒光法、光吸收法、光散射法等進(jìn)行精密測(cè)量的應(yīng)用，在數(shù)碼印相機(jī)中的應(yīng)用等，需要輸出功率更穩(wěn)定的綠光激光器。為此，本文對(duì)提高前述連續(xù)和脈沖綠激光器的輸出功率穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。引起綠激光器輸出功率不穩(wěn)定的原因主要有諧振腔機(jī)械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、工作溫度變化、熱透鏡效應(yīng)、泵浦源功率波動(dòng)、激光晶體對(duì)綠光的吸收、模式跳變等因素[1]。用于提高綠激光器輸出功率穩(wěn)定性的方法主要有：偏振態(tài)控制法、縱模控制法、外腔諧振倍頻法、使用調(diào)制器的光電反饋法等[2]。本文用直接控制LD驅(qū)動(dòng)電流的光電反饋法提高綠激光器輸出功率的穩(wěn)定性：根據(jù)檢測(cè)到的輸出綠激光功率的變化信號(hào)，對(duì)抽運(yùn)LD的工作電流進(jìn)行反饋控制，從而控制LD的輸出功率，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)綠激光器輸出功率的控制，提高其穩(wěn)定性。 由連續(xù)或脈沖綠激光器輸出的激光束經(jīng)過(guò)濾光器濾除未被激光晶體吸收的LD的808nm抽運(yùn)光和透過(guò)輸出鏡的1064nm基頻光后，在通過(guò)用于進(jìn)行光取樣的分光鏡時(shí)，有一小部分532nm激光被反射到光探測(cè)器以檢測(cè)其光強(qiáng)變化。探測(cè)器輸出的電信號(hào)被輸入到反饋控制器內(nèi)被放大和處理；反饋控制器產(chǎn)生控制信號(hào)被送到激光驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，對(duì)LD的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行控制，從而改變LD的抽運(yùn)功率，使激光晶體的增益發(fā)生變化，補(bǔ)償綠激光器輸出綠激光功率的波動(dòng)，從而使綠激光器的輸出功率得到穩(wěn)定。 給出了沒(méi)有進(jìn)行光電反饋時(shí)的綠激光器輸出功率隨時(shí)間的變化曲線。從中可以看到，在自由運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，綠激光器的輸出功率變化還比較大。這種大變化幅度的綠激光器不能滿(mǎn)足對(duì)激光穩(wěn)定性要求高的一些應(yīng)用的要求。圖6是進(jìn)行了直接控制LD驅(qū)動(dòng)電流的光電反饋時(shí)的綠激光器輸出功率隨時(shí)間的變化曲線。從中可以看出，綠激光器輸出功率的穩(wěn)定性有了大幅度的提高。在4小時(shí)內(nèi)，綠激光輸出功率的穩(wěn)定性?xún)?yōu)于±0.5％。實(shí)驗(yàn)表明，用這種直接對(duì)LD驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行控制的光電反饋法，可以大大提高綠激光器輸出功率的穩(wěn)定性，同時(shí)使用很方便。 4.本文報(bào)道了全固化的全固態(tài)連續(xù)綠激光器，采用1W的LD抽運(yùn)，得到230mW的TEM00模532nm綠激光輸出，得到峰值功率達(dá)1.2kW的聲光調(diào)Q全固態(tài)脈沖綠激光輸出，重復(fù)頻率達(dá)100kHz，脈沖寬度為15ns；不進(jìn)行反饋控制時(shí)的功率穩(wěn)定性達(dá)到±0.3％，采用直接控制LD驅(qū)動(dòng)電流的光電反饋法可以大大提高全固態(tài)綠激光器的功率穩(wěn)定性,長(zhǎng)期穩(wěn)定性可以?xún)?yōu)于±0.5%。提高抽運(yùn)LD的功率，可以大幅度提高綠激光器的輸出功率。相信這些激光器會(huì)很快得到廣泛的應(yīng)用。