本文報道全固化的微型全固態綠光激光器、分立元件的脈沖全固態綠光激光器以及提高它們輸出功率穩定性研究的最新結果。使用連續輸出功率為1W的LD抽運，用它們分別得到230mW的532nm綠激光的連續輸出和峰值功率達1.2kW的532nm綠激光脈沖的穩定輸出。采用對輸出532nm激光采樣、對抽運LD電流進行控制從而實現對綠激光器輸出功率實現光電反饋控制的方法，使這兩種激光器的輸出功率長期穩定性提高到0.5%，可以大大擴展它們的應用范圍。 全固態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綠光激光器和分離元件的全固態脈沖綠光激光器，以及提高它們輸出功率穩定性的最新結果。 1、全固化的微型全固態連續綠光激光器 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連續綠光激光器采用LD端面抽運Nd:YVO4激光晶體得到1064nm近紅外激光，再用KTP晶體作腔內倍頻得到532nm綠激光輸出。 它采用北京半導體研究所生產的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晶體內部，焦點處光斑直徑為100mm，抽運光從LD到Nd:YVO4晶體內部的總耦合效率為92％。采用平凹穩定型諧振腔提高器件的效率和穩定性。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的KTP倍頻晶體作腔內倍頻器，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%。為了提高器件的穩定性，用環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輸出功率和穩定性。在LD發出的抽運功率為1W時，得到230mW的TEM00模532nm綠激光的穩定輸出，光－光轉換效率達23％，4小時的穩定性優于±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）。據我們所知，這種激光器的性能在同類產品中是最好的。 2.脈沖全固態綠光激光器 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定性，同時使激光器的調整方便，把抽運LD、致冷器、聚焦系統和激光晶體用環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。 其輸出光參數的測量儀器除了進行前述連續綠激光器參數測量所用儀器之外，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發出的抽運功率為1W時，得到TEM00模532nm綠激光脈沖的穩定輸出，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小時的穩定性優于±5%。 這種脈沖激光器除了在科研和生產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、連續和脈沖近紅外激光器、連續和脈沖綠激光器、激光參數等的演示、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定性的研究 上述連續和脈沖綠激光器的性能已經能滿足多數應用的要求。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，在數碼印相機中的應用等，需要輸出功率更穩定的綠光激光器。為此，本文對提高前述連續和脈沖綠激光器的輸出功率穩定性進行了研究。引起綠激光器輸出功率不穩定的原因主要有諧振腔機械結構不穩定、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定性的方法主要有：偏振態控制法、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定性：根據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，繼而實現對綠激光器輸出功率的控制，提高其穩定性。 由連續或脈沖綠激光器輸出的激光束經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被放大和處理；反饋控制器產生控制信號被送到激光驅動器內，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定性有了大幅度的提高。在4小時內，綠激光輸出功率的穩定性優于±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定性，同時使用很方便。 4.本文報道了全固化的全固態連續綠激光器，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綠激光器的功率穩定性,長期穩定性可以優于±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。