文章编号 :0258 7025(2007 04 0461

04激光二极管双端抽运声光调 Q 高重复频率 Nd GdVO 4激光器 李旭东 , 于 欣 , 于俊华 , 陈德应

(哈尔滨工业大学光电子技术研究所 , 黑龙江 哈尔滨 150080

摘要 激光二极管 (L D 抽运的固 体激光器 (DP SSL 的调 Q 器件是获得高重 复频率、 高峰值功 率的有效 手段之一 , 随着 激光雷达、 激光加工业的发展 , 要求调 Q 器件 向着更 高重复 频率的 方向发 展。 N d G dV O 4以 其优异 的物理 和 激光特性 , 使得它在激光二极管端面抽运固体激 光器的声 光 (A O 调 Q 器件中 , 即使在很高的调制重复频率下 , 仍 可获得窄脉宽、 高峰值功率的脉冲激光输出。 理论分析了影响脉冲激光的输出能量和 脉宽大小 的决定因素 , 研究 了 脉宽、 平均输出功率及峰值功率随调 Q 重复频率的变化 关系。利用双 激光二极管 双端抽运 N d GdV O 4晶 体棒 , 实 现了声 光调 Q 高重复频率窄脉宽 1063nm 激光输出。在晶体入射端面总抽 运功率约 43W 条件下 , 当重复频率 f =10kH z 时 , 获得脉宽 t =10. 2ns, 单 脉冲 能量 E =0. 95mJ, 峰 值功 率 P M =93. 1kW 的 输出 ; 在 重复 频 率 f =100kHz 时 , 获得 t =28. 1ns, E =0. 10mJ, P M =3. 6kW 的结果。

关键词 激光技术 ; N d GdV O 4激光器 ; 声光调 Q; 激光二极管双端抽运 ; 高 重复频率 中图分类号 T N 248. 1 文献标识码 A

Laser Diode Double End Pumped Acousto Optically Q Switched Nd GdVO 4Laser with High Repetition Rate LI Xu dong, YU Xin, YU Jun hua, CHEN De ying

(I nstitute of O p to Electr onics T echnolog y , H arbin I nstitute of T echnology , H ar bin, H eilongj iang, 150080, China Abstract Laser dio de (LD pumped Q sw itched solid state laser s (SSLs can achiev e hig h repetitio n r ates and hig h peak po wer. With the dev elo pment of lidar and laser machining, dio de pumped SSL s (DP SSL s w ith hig

her repet itio n r ates are required. In the L D end pumped acoust o optically (A O Q sw itched so lid state lasers, N d GdVO 4, w hich has excellent phy sical and laser pr operties, is able to o bt ain a laser output of shor t pulse width even at very hig h r epetition r ates. T he major factor s that have influence o n pulse ener gy and pulse w idt h are analyzed, pulse w idth, aver age output po wer and peak pow er as a funct ion o f the r epetit ion r ates have been studied. Double Nd G dV O 4cry sta ls laser end pumped by do uble LD is r epo rted, and A O Q sw itched laser o f 1063nm w ith hig h repet itio n rate and sho rt w idth is achieved. A t the total pump pow er of 43W , pulse w idth of 10. 2ns, pulse ener gy of 0. 95mJ and peak pow er of 93. 1kW ar e obtained at the repetition r ate o f 10kHz; 28. 1ns, 0. 10mJ and 3. 6kW are produced respect ively at 100kH z.

Key words laser technique; N d G dV O 4lasers; acousto o ptically Q switched; laser dio de do uble end pumped; hig h repet itio n r ate

收稿日期 :2006 09 13; 收到修改稿 日期 :2006 11 29 基金项目 :哈尔滨工业大学优秀团队支持 计划资助项目。

作者简介 :李旭东 (1980 , 男 , 山东莱州人 , 博士研究生 , 主要从事半导体激光抽运固体 激光器方面的研究。 E mail:kev in2025@163. co m

导师简介 :陈德应 (1965 , 男 , 黑龙江哈尔滨人 , 博士生导师 , 主要从事强场物理和非线 性光学方面的研究。 E mail:dy chen@hit. edu. cn

1 引 言

激 光 二极 管 (LD 端 面 抽 运 的 固 体 激 光 器

(DEPSSL 具有结构紧凑、 效率高、 光束质量好和寿 命长等优点 , 近年来在国内外发展迅速。而且它可

第 34卷 第 4期 2007年 4月 中 国 激 光

CH INESE JOU RNAL OF LASERS V o l. 34, N o. 4 A pril, 2007

以通过调 Q 来获得高重复频 率、 高平均功率、 窄脉 宽和高光 光转换效率 的脉冲激光输 出 , 在激 光雷 达、 激光加工等领域中都具有较好的发展前景。 Nd GdVO 4晶体是 1992年由俄罗斯科学家首 先研制出来的一种新型激光晶体 [1], 已被越来越多 的人所认识和使用 [2~4]。 T. Ogaw a 等 [5]研制了高 效的 Nd GdVO 4声光 调 Q 激光 器 , 在 重 复 频 率 40kH z 时 , 获 得 了 最 短 激 光 脉 冲 7ns 激 光输 出 ; Junhai Liu 等 [6]报道了激光二极管端面抽运的 Nd GdVO 4声光调 Q 激光器 , 在高重复频率 60kH z 时 , 获得平 均 功 率 7. 25W 的 脉 冲 输 出 , 在 重 复 频 率 10kH z 时 , 获得能量 340 J, 峰值功率 26. 2kW 的脉 冲输出。 Nd GdVO 4晶体较传统的 Nd YA G 晶体 , 在 808nm 处具有较高的吸收系数和在 1063nm 处具 有较 大的受激发射截 面 (7. 6! 10-19cm 2 , 同时 其 热导率也很接近 Nd YA G, 约 11. 7W/(m ? K , 这 就保证了 Nd GdVO 4晶体在较高功率抽运 下产生 较小的热透镜效应 , 不易发生炸裂。再考虑到它具 有偏振输出的特性 , 从而使其即使在很高的重复频 率下 , 仍可获得窄脉宽、 高峰值功率的激光输出。 本文 利 用 双 激 光 二 极 管 双 端 抽 运 双 Nd GdVO 4短晶体棒 , 研制了一台声 光 (A O 调 Q 的高 重复频率固体激光器 , 研究了脉宽、 平均功率和峰值 功率随重复频率的变化关系 , 并分别在重复频率为 10kH z 和 100kH z 时 , 对输出脉冲激光的性能进行 了测试。

2 理论分析

根据 Wag ner 等推导出的速率方程 的解 , 对 Q 开关三能级系统的输出激光能量 E 和脉冲宽度 t 可分别表示为 [7]

E = 4! ln R