本文報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)定性研究的最新結果。使用連續(xù)輸出功率為1W的LD抽運，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1.2kW的532nm綠激光脈沖的穩(wěn)定輸出。采用對輸出532nm激光采樣、對抽運LD電流進行控制從而實現(xiàn)對綠激光器輸出功率實現(xiàn)光電反饋控制的方法，使這兩種激光器的輸出功率長期穩(wěn)定性提高到0.5%，可以大大擴展它們的應用范圍。 全固態(tài)綠激光器具有能量轉換效率高、功率大、光束質量好、體積? ⑹倜ぁ⑹褂梅獎愕扔諾悖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燙荒詒鍍德碳す餛魍ü咝實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話愣己艽蟆Ｇ荒詒鍍德坦餳す餛魘涑齬β實奈榷ㄐ猿晌殼叭燙坦餳す餛韉難芯恐氐憧翁庵弧? 本文報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)氧樹脂粘合為一個整體，整個器件中沒有任何需要調整的元件，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。 它采用北京半導體研究所生產(chǎn)的808nm的1W的LD作為抽運光源。由于所用LD的輸出功率比較小，因此提高器件的光－光轉換效率是提高器件性能的關鍵。為此，采用半導體制冷器作為溫度控制元件，對LD的溫度進行控制，以使其工作波長和激光晶體的吸收波長峰值準確重合，提高對抽運光的吸收效率。在本實驗中把LD的工作波長調整到808.5nm。采用中科院福建物構所生產(chǎn)的Nd:YVO4晶體作激光介質，摻雜濃度為3at％，a軸方向切割，長度為1mm，橫截面尺寸為3×3mm2。采用端面同軸抽運方式使LD的抽運光束和所產(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，焦點處光斑直徑為100mm，抽運光從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1064nm的反射率>99.8%，對808nm光的透射率>99.5%。Nd:YVO4晶體的另一端為平面，鍍同時對1064nm和532nm的雙波長增透膜，剩余反射率<0.25%。平面輸出鏡對1064nm光的反射率>99.8%，對532nm光的透射率>97%。平面輸出鏡的背面鍍有對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，按類臨界相位匹配角切割，它的橫截面為3×3mm2，通光方向長5mm，兩個通光面同時鍍對1064nm和532nm的增透膜，每個面的剩余反射率<0.25%。為了提高器件的穩(wěn)定性，用環(huán)氧樹脂把全部元件粘接為一個整體，同時用一個半導體致冷器對它們進行整體控溫。 用濾光器濾除輸出光束中的808nm的抽運光和1064nm的基頻光后，用Ocean Optics, Inc. 公司的HR2000CG-UV-NI光譜儀測量綠激光的波長，用清華大學研制的HH型F－P共焦球面掃描干涉儀測量綠激光的縱模，用北京物科光電技術公司的LP－3A型功率計測量532nm輸出功率和穩(wěn)定性。在LD發(fā)出的抽運功率為1W時，得到230mW的TEM00模532nm綠激光的穩(wěn)定輸出，光－光轉換效率達23％，4小時的穩(wěn)定性優(yōu)于±3%，綠激光中有3－4個縱模，每個縱模的寬度小于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Q的腔內(nèi)倍頻脈沖綠光激光器。 此聲光調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開關，其超聲波頻率為70MHz，通光方向長度為18mm，兩個通光面鍍有對1064nm和532nm同時高透射的增透膜，每個面的剩余反射率<0.25%。為了提高器件性能的穩(wěn)定性，同時使激光器的調整方便，把抽運LD、致冷器、聚焦系統(tǒng)和激光晶體用環(huán)氧樹脂固化為一個整體，然后固定在作為熱沉的大底座上。把倍頻晶體、聲光Q開關和輸出分別用調整架固定在散熱器上，它們的位置和方位是可以進行調整的。 其輸出光參數(shù)的測量儀器除了進行前述連續(xù)綠激光器參數(shù)測量所用儀器之外，同時用重慶航偉光電科技有限公司的GT101型硅光電探測器檢測綠激光脈沖信號，用Agilent公司的54622A型100MHz示波器測量激光脈沖寬度。在LD發(fā)出的抽運功率為1W時，得到TEM00模532nm綠激光脈沖的穩(wěn)定輸出，激光脈沖的重復頻率范圍是0－100kHz，脈沖寬度一般為15ns，最短為10ns，最大峰值功率為1.2kW，4小時的穩(wěn)定性優(yōu)于±5%。 這種脈沖激光器除了在科研和生產(chǎn)中有較多的應用之外，由于它的元件是可以按照需要進行拆卸和重新組合，從而可用來進行喇曼衍射、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、調試與測量，是教學的基本儀器，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)能滿足多數(shù)應用的要求。但是還有一些應用，例如利用光熒光法、光吸收法、光散射法等進行精密測量的應用，在數(shù)碼印相機中的應用等，需要輸出功率更穩(wěn)定的綠光激光器。為此，本文對提高前述連續(xù)和脈沖綠激光器的輸出功率穩(wěn)定性進行了研究。引起綠激光器輸出功率不穩(wěn)定的原因主要有諧振腔機械結構不穩(wěn)定、工作溫度變化、熱透鏡效應、泵浦源功率波動、激光晶體對綠光的吸收、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、使用調制器的光電反饋法等[2]。本文用直接控制LD驅動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)檢測到的輸出綠激光功率的變化信號，對抽運LD的工作電流進行反饋控制，從而控制LD的輸出功率，繼而實現(xiàn)對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)過濾光器濾除未被激光晶體吸收的LD的808nm抽運光和透過輸出鏡的1064nm基頻光后，在通過用于進行光取樣的分光鏡時，有一小部分532nm激光被反射到光探測器以檢測其光強變化。探測器輸出的電信號被輸入到反饋控制器內(nèi)被放大和處理；反饋控制器產(chǎn)生控制信號被送到激光驅動器內(nèi)，對LD的驅動電流進行控制，從而改變LD的抽運功率，使激光晶體的增益發(fā)生變化，補償綠激光器輸出綠激光功率的波動，從而使綠激光器的輸出功率得到穩(wěn)定。 給出了沒有進行光電反饋時的綠激光器輸出功率隨時間的變化曲線。從中可以看到，在自由運轉的條件下，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足對激光穩(wěn)定性要求高的一些應用的要求。圖6是進行了直接控制LD驅動電流的光電反饋時的綠激光器輸出功率隨時間的變化曲線。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小時內(nèi)，綠激光輸出功率的穩(wěn)定性優(yōu)于±0.5％。實驗表明，用這種直接對LD驅動電流進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，同時使用很方便。 4.本文報道了全固化的全固態(tài)連續(xù)綠激光器，采用1W的LD抽運，得到230mW的TEM00模532nm綠激光輸出，得到峰值功率達1.2kW的聲光調Q全固態(tài)脈沖綠激光輸出，重復頻率達100kHz，脈沖寬度為15ns；不進行反饋控制時的功率穩(wěn)定性達到±0.3％，采用直接控制LD驅動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,長期穩(wěn)定性可以優(yōu)于±0.5%。提高抽運LD的功率，可以大幅度提高綠激光器的輸出功率。相信這些激光器會很快得到廣泛的應用。