高功率中红外3.8μ犿激光器.PDFVIP

书　第２１卷第７期 强 激 光 与 粒 子 束 Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．７　 　２００９年７月 ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ｊｕｌ．，２００９　 文章编号：　１００１４３２２（２００９）０７０９７００３ 高功率中红外３．８μ犿激光器 谢　刚，　彭跃峰，　王卫民，　武德勇 （中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳６２１９００） 　　摘　要：　采用１．０６μｍ激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（ＰＰＭｇＬＮ）晶体光参量振荡器，实现高功率 高效率高重复频率３．８４μｍ中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑１．０６μｍ激光，ＰＰＭｇＬＮ晶体 ＭｇＯ摩尔分 数为５％，光参量振荡器为外腔单谐振结构，采用ｅ→ｅ＋ｅ相位匹配，利用了ＰＰＭｇＬＮ晶体的最大非线性系数。 在１．０６μｍ激光功率为７３Ｗ，声光Ｑ开关工作频率为７．５ｋＨｚ的条件下，获得平均功率８．３Ｗ，波长３．８４μｍ 激光输出，光光转换斜率效率１４．１％，水平和垂直方向光束质量平方因子分别为１．９４，４．５７。 　　关键词：　激光技术；　中红外激光器；　准相位匹配；　ＰＰＭｇＬＮ晶体；　光参量振荡器 　　中图分类号：　ＴＮ２４８　　　　文献标志码：　Ａ 　　中红外激光在激光雷达、探测、遥感、光电对抗等方面都有重要的应用［１７］。实现中红外激光的主要途径是 光参量振荡器（ＯＰＯ），所使用的非线性晶体主要是ＺｎＧｅＰ２（ＺＧＰ）和周期极化铌酸锂（ＰＰＬＮ）。ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ） 晶体最大非线性系数犱３３＝２７．４ｐｍ／Ｖ，是常用的犱３１的７．５倍，因不能实现相位匹配而不能被利用。而采用准 相位匹配（ＱＰＭ）方式的ＰＰＬＮ却可以使得犱３３实现相位匹配，具有高增益、低阈值、高效率等优点，是 ＯＰＯ研 究的热点［４］。由于掺 ＭｇＯ的ＰＰＬＮ晶体能显著提高抗激光损伤阈值，且可以有效降低晶体的极化矫顽场［２］， 因此一般研究均使用高掺镁的ＰＰＬＮ（ＰＰＭｇＬＮ）［１］。Ｅ．Ｃｈｅｕｎｇ等人报道了使用钛氧磷酸钾（ＫＴＰ）ＯＰＯ产生 的２．１３μｍ激光泵浦ＺＧＰＯＰＯ产生两路中红外输出［８］，总功率２２Ｗ。近年来国外很少有高功率中红外激光 的报道，而价格昂贵的ＺＧＰ晶体的生产技术也没有取得新的突破，相比较之下，ＰＰＬＮ晶体工艺水平的进步使 得其应用越来越多。加拿大航空公司采用ＰＰＭｇＬＮＯＰＯ技术获得了转换效率２０％，波长２．９４μｍ，功率１０ Ｗ 的激光输出［７］。我们采用ＰＰＭｇＬＮＯＰＯ技术获得功率３．２Ｗ、波长３．７μｍ的激光输出［１］。 　　本文报道了一台使用摩尔分数５％的ＰＰＭｇＬＮ晶体的中红外 ＯＰＯ装置，采用椭圆光斑１．０６μｍ激光泵 浦，获得了８．３Ｗ 的３．８４μｍ中红外激光输出。 １　犘犘犕犵犔犖光参量振荡器实验装置 　　实验装置如图１所示。泵浦源为１．０６μｍ激光器，激光系统由腔镜 Ｍ１，Ｍ２、双棒串接 Ｎｄ：ＹＡＧ模块、声 光 Ｑ开关、９０°石英旋转器、补偿透镜和偏振片等构成。该系统在７．５ｋＨｚ重复频率下，可输出功率９５Ｗ，光束 质量平方因子犕２＜４的１．０６μｍ偏振激光。 Ｆｉｇ．１　ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐｏｆＰＰＭｇＬＮＯＰＯ 图１　ＰＰＭｇＬＮＯＰＯ实验装置 　　由于国内晶体生长加工技术的限制，ＰＰＭｇＬＮ晶体厚度一般为０．５～１．０ｍｍ，且目前中红外激光膜层损 伤阈值较低。晶体厚度限制了使用大光斑进行泵浦的技术，而在相同的泵浦光强度下，采用圆形泵浦光由于泵 浦功率小，难以获得高功率中红外激光输出。而采用椭圆光斑泵浦则可在高泵浦功率下降低泵浦光强度，大大 减小晶体和膜层损伤的风险。实验中，１．０６μｍ圆形光斑经耦合系统后成为椭圆光斑，耦合系统由２块柱透镜  收稿日期：２００８０９０９；　　修订日期：２００９０３０４ 作者简介：谢　刚（１９８２—），男，四川筠连人，主要从事二极管激光泵浦固体激光技术研究；ｅｙｅｓｏｐｅｎ＠１２６．ｃｏｍ。 书和一块球透镜组成。 　　１．０６μｍ激光经耦合系统后，泵浦外腔单谐振ＰＰＭｇＬＮ光参量振荡器输出中红外激光。透镜 Ｍ３，Ｍ４ 与 ＰＰＭｇＬＮ晶体（ＭｇＯ摩尔分数５％）构成ＯＰＯ。Ｍ３ 对１．０６μｍ激光高透，对３．８μｍ激光高反；Ｍ４ 对３．８μｍ 激光反射率为７２％，对１．４～１．７μｍ激光高透。ＰＰＭｇＬＮ晶体尺寸为１ｍｍ×１４ｍｍ×３８ｍｍ，３．８μｍ准相 位调制周期为２９．２μｍ，有效尺寸为１ｍｍ×６ｍｍ×３８ｍｍ，２个通光面对１．０６μｍ，１．４～１．７μｍ和３．６～４．５ μｍ激光高透。ＯＰＯ技术采用ｅ→ｅ＋ｅ相位匹配，这是由于准相位匹配对相互作用耦合光波的偏振方向没有 要求，选择ｅ→ｅ＋ｅ匹配方式可以消除光束之间的走离效应，并利用ＰＰＭｇＬ