LD泵浦单频固体激光器的构造打算

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所属分类:固体激光器
LD泵浦单频固体激光器的结构设计_电子/电路_工程科技_专业资料。LD 泵浦单频固体激光器的结构设计 摘要:在分析双折射滤光片选频原理的基础上,采用半波片和偏振 分光棱镜 (PBS) 共同
LD泵浦单频固体激光器的构造打算

LD泵浦单频固体激光器的构造打算

  LD泵浦单频固体激光器的结构设计_电子/电路_工程科技_专业资料。LD 泵浦单频固体激光器的结构设计 摘要:在分析双折射滤光片选频原理的基础上,采用半波片和偏振 分光棱镜 (PBS) 共同构成的双折射过滤光片以实现激光器单纵模运 转。通过结构的设计,使激光器达到小型

  LD 泵浦单频固体激光器的结构设计 摘要:在分析双折射滤光片选频原理的基础上,采用半波片和偏振 分光棱镜 (PBS) 共同构成的双折射过滤光片以实现激光器单纵模运 转。通过结构的设计,使激光器达到小型化,集成化。并且可以通过自 聚焦透镜、激光晶体和输出镜位置的调节 ,实现泵浦光与振荡激光的 最佳模式匹配,保证最低阈值泵浦功率、最高输出功率和斜效率。 关键词:双折射滤光片 Nd:YAG 晶体 结构设计 单频 激光二极管泵浦固体激光器(DPSSL)具有高效、 长寿命、 全固化、 热效应和体积小等优点,因而在光盘技术、激光打印、精密检测计量、 激光探测和激光医疗等领域得到了广泛的应用。在众多的 DPSSL 中, 激光二极管(LD)端面泵浦 Nd:YAG 激光器在工业中起着重要的作用 并得到了广泛的运用,这主要归因于 Nd:YAG 晶体具有良好的机械和 光学特性 , 而且端面泵浦具有良好的模式匹配 , 能获得基横模激光输 出。本文通过分析双折射滤光片选频原理 ,采用半波片和偏振分光棱 镜(PBS)共同构成的双折射滤光片以实现 LD 泵浦的 Nd:YAG 固体激 光器单纵模运转。 1 激光器工作原理 LD 泵浦单频 Nd:YAG 激光器是基于“双折射滤光片”的原理实现 选频。“双折射滤光片”由按布儒斯特角放置的平板玻璃(简称布氏片) 和石英晶片组成。如图 1 所示。当光波以约 57° 的布儒斯特角入射, 此时电场矢量在平面内的 p 波反射率为零,即经反射后只有 s 光。 而透 射光以 p 光为主,但也有少量 s 光。单布氏片的频率选能力有限,若几 个布儒斯特片组合起来形成类似玻璃堆的结构,当光以 57° 入射时,反 射光只有s光 , 经多次反射后 , 几乎透射光只有p光。偏振分光棱镜 (PBS)就是基于布儒斯特片的原理,相当于一个“玻片堆”。 石英晶体是一种双折射材料,为正单轴晶体。由菲涅尔定律可知, 只有当其偏振方向与布儒斯特片的p偏振面重合时损耗才为零。 对于 光轴与晶面平行的石英晶片来说,当线偏振光通过时会分解为光和光, 位相差 δ 为 。 上式中,d为石英晶片的厚度;和分别是由不同纵模分解的光和光 在石英晶体中的折射率;为不同纵模在真空中的波长 ,δ 是波长(频率) 的函数。 不同频率下的纵模往返经过石英晶片时偏振方向会发生偏转 ,引 起损耗。当 δ 为 π 的整数倍的光波往返通过石英晶片时,光波的偏振 态不变,损耗最小,优先起振;若 δ 不是 π 的整数倍,则偏振态由线偏振变 成椭圆偏振 ,当多次通过石英晶片时 , 由于损耗而被抑制掉 ,从而实现 选频,这就是“双折射滤光片”的选频原理。 2 激光器系统的组成 激光器实验系统装置所示,SML(SELFOC Micro Lens)为自聚焦微 透镜,Nd:YAG 晶体作为激光介质,λ/2 为石英半波片,半波片和偏振分 光棱镜(PBS)构成了本系统中的双折射滤光片,OC 为输出镜;PZT 为压 电陶瓷,用于微调腔长。由于双折射滤光片的损耗性选择,系统中最终 只有偏振态与p偏振面重合的单频 1064nm 激光输出。偏振分光棱镜 将腔内少量的p分量振荡光反射出腔 ,可以利用这部分反射光来观察 激光的模式。用 F-P 扫描干涉仪和示波器观察输出光的模式,用功率 计测量激光功率的大小。 该 实 验 系 统 中 ,LD 选 用 海 特 光 电 有 限 责 任 公 司 型 号 为 FLMM-0808-761-1.5W 的 泵 浦 光 源 , 中 心 波 长 808nm, 大 功 率 封 装,SMA-905 接口,无制冷,额定输出功率 1.5W。该 LD 的光学参数是: 光谱密度小于 1.1nm,波长温度系数为 0.3nm/℃;光纤参数是:光纤纤径 为 100μm,光纤数值孔径为 0.22,光纤长度 1m。 自聚焦透镜采用中国科学院西安光机所生产的 1/4 节距的自聚焦 微 透 镜 , 尺 寸 为 :φ2.6mm×6.5mm, 中 心 折 射 率 为 1.65, 分 布 常 数 为 0.125mm-1,数值孔径为 0.6,对白光的透过率为 91%。 激光晶体采用福建物质结构研究所生产 Nd:YAG 晶体,其后端面 镀有对波长 1064nm 光波全反(R99.8%),对波长 808nm 光波高透 (T95%)的双色介质膜,前端面镀有对波长 1064nm 光波的增透膜, 以减少腔内损耗。主要参数是:尺寸 3mm3mm10mm,通光方向长度为 10mm,掺杂浓度为 1.1%,对泵浦光的吸收系数为 3.4cm-1。 偏振分光棱镜(PBS)的尺寸为 5mm5mm5mm(美国 CVI 公司生产), 波长为 1064nm,p 光透过率为 99.6%,s光反射率为 99.95%。 λ/2 波片为曲阜师范大学激光研究所生产的 1064nm 石英半波片, 厚度为 0.669mm,直径 10mm。 输出镜为平凹镜,材料为 K9 玻璃,曲率半径为 100mm,平面直径为 10mm,对 1064nm 光波的透过率为 3.6%。 3 激光器的结构 为了提高该系统的稳定性,减少外部干扰,需要对系统结构进行设 计集成。为 LD 泵浦单频 Nd:YAG 激光器的结构为: 1-LD 尾纤 ;2-LD 尾纤及自聚焦透镜架 ;3- 自聚焦透镜 ;4- 主壳 体;5-Nd:YAG 晶体;6-半波片;7-偏振分光棱镜(PBS);8-输出镜;9-压电 陶瓷 ;10- 塑料垫圈 ;11- 二维镜片调节架 (OM-216);12- 垫块 (AS-95);13外壳;14-绝缘底板;15-螺钉;16-散热片;17-半导体制冷器(TEC)。 压电陶瓷和输出镜胶接在一起 ,通过压电陶瓷的微小变化来调节 输出镜。二维镜片调节架与垫块(AS-95)连接,一方面可以很方便地安 装到其他调节或者光学平台上;另一方面可以将镜片中心高垫高到需 要的尺寸。 系统中的半导体制冷器采用天津市精易工贸有限公司生产的型