英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
基于掺镁周期极化铌酸锂的紧凑、高效的二极管泵浦绿光激光器
厦门大学信息科学与技术学院电子工程系，厦门，361005中国
工程物理，麦克马斯特大学，汉密尔顿，安大略l8s4l7系，加拿大，电子邮件：jiafq@xmu.edu.cn
2011年7月12日收到的最后形式，2011年7月31日出版的2011年11月28日
摘要：在这项工作中，一个有效的腔内倍频绿光激光器在周期极化掺镁铌酸锂（MgO：PPLN）使用一个紧凑的Nd：YVO4激光晶体的报道基本的激光源。不同长度、不同工作温度的MgO：PPLN晶体进行研究在SHG实验。在532纳米的最大输出功率为6.2瓦，在14纳米的吸收泵浦功率为808瓦，光学转换效率从808到532纳米和1064至532纳米是43和77%，分别为2小时的不稳定是小于5%。
关键词：10.1134/s1054660x12010318
1.简介
许多应用如：生物医学、材料处理和显示在可见区需要光源。特别是，激光显示需要紧凑和有效的红色，绿色和蓝色的光源与高输出功率。红色和蓝色光谱区域覆盖的直接发射二极管激光器，有史以来，绿色的光谱区域是二极管激光器不容易直接覆盖的。一代绿色照明的几种方法。最有名和普遍适用的方法，二次谐波产生（SHG）的输出二极管泵浦掺Nd3 固体激光器或光纤激光器。一般用非线性晶体KTP，LBO，MgO：PPLN。有效的非线性（DEFF）LBO和KTP与MgO：PPLN ，为了实现高效倍频，紧聚焦和长的相互作用长度，是需要的，因此，它会导致明显的走离效应和水平下的光束质量。此外，KTP晶体轨迹是另一个因素限制了该晶体的范围和寿命的使用时间。周期极化晶体尤其是，MgO：PPLN在可见光激光器、中红外激光器的产生不仅从效率和光束质量的一个很有前途的倍频晶体，而且从成本和效率来看也是很有前景。这里有高功率的绿色光可以产生和非常良好的光谱和空间质量。近日，上海在MgO：PPLN波导，大块晶体，以及在平面波导，所有二极管抽运激光，已经报道。在波导倍频频率倍化半导体激光器辐射的有效方法。它绕过的非线性材料的限制在高强度的通道波导使二极管激光辐射更有效利用倍频过程中比在平面光波导的一大块晶体已经从理论上研究和试验研究。为了获得高的单通倍频效率、光束质量和谱线宽度的泵浦源的最重要的因素。尽管DBR（分布式布拉格反射器）和DFB（分布反馈）激光器作为泵浦源，以获得高效的绿色激光，但其成本高，复杂的配置合理，它在许多领域的广泛应用，例如激光显示器和投影机，因为成本效益是影响深刻的是激光显示器和投影机可以广泛的或不重要的因素。
本文中，一个传统的端面泵浦绿光激光器使用低成本的激光二极管作为泵浦源，通过腔内倍频Nd:YVO4激光器，实现了6.2 W绿激光波长为532 nm，结构紧凑，成本低。
2.腔设计与分析
在端面泵浦固体激光器的谐振腔设计，对激光器的性能非常关键，由于泵浦光聚焦会导致严重的热透镜效应，使泵的光斑大小对激光器输出功率的可扩展性的关键。当泵浦功率高，泵浦光斑尺寸会相应增加，然而大腔模式不利于SHG因为紧聚焦是令人钦佩的倍频转换效率高。在激光晶体和非线性晶体中，为了平衡晶体和非线性晶体的模尺寸，在不同的腔位置上采用了大改变模腔，如伏型腔和型腔21、20，这些腔更复杂。在这封信中，我们使用简单的平面型腔配置，使激光晶体的热透镜效应的使用提高了稳定性和压缩腔结构。同时，当泵浦功率为我们设计的范围，减少了在非线性晶体的倍频模式大小，它的青睐。温度和激光晶体的折射率分布，在空腔的模式也可以计算和计算机模拟。当实验装置没有改变，我们可以优化的腔长（升）和输出耦合器的半径（的）实现一个紧凑的激光腔。泵浦光斑尺寸约为200micro;m，泵浦功率为16 W，通过FEA（有限元分析）和抛物线拟合，模拟热透镜焦距在X和Y轴方向约156毫米和150毫米，该模式考虑热透镜用LASCAD软件模拟如图1所示。
图1 使用不同的输出镜的模式大小（单位是微米）
水平轴代表光轴，单位为毫米。垂直方向表示光斑尺寸或在沿光轴不同腔体位置模式的大小，单位是micro;M。图1模式简介在x方向是因为实验设置在X和Y方向是相似的。最大和最小尺寸基本模式内x方向也很明显。常用的平凹腔短曲率半径的输出耦合器不适合TEM00模式操作在我们的实验中，由于高功率泵浦和泵浦光斑尺寸大，然而，一个大尺寸的空腔可以简单模式选择。我们只模拟了两个简单的腔，一个是平面凹型腔的半径为50毫米，另一个是一个平面型腔，也可以看作是一个平面凹与半径的曲线的无限。根据经验，当泵浦功率水平较低，我们可以采用平凹腔小半径曲线降低门槛和小梁在腔的大小，这是使高效倍频。当泵浦功率在高水平的从大束大小阈值导致激光介质不是关键，如何过，温度分布和热透镜效应，更重要的是，如果高效倍频也同时考虑，问题变得复杂。在实验中，我们设计了一个具有大的光束大小的空腔，在激光介质的位置和小光束大小的位置的非线性晶体的位置。在图1的顶部，在激光介质的模式的大小约为90micro;m，这比泵浦光斑尺寸小得多（200micro;米），这将导致多模操作和降低基波和倍频转换效率的光束质量。相反，底部的数字表明，在激光介质的模式的大小约为166micro;M大约是0.83倍的泵浦光斑尺寸。比满足匹配条件的优化模式有利于基模。
- 实验设置
图2 实验装置原理图
图3 实验中的偏振匹配原理
实验装置示意图见图2。泵浦源为光纤耦合激光二极管阵列由德国耶拿。最大输出功率为45 W，发射波长为808 nm左右的25°C纤维，其直径约400micro;m，数值孔径为0.22。耦合光学系统是由两个具有相同焦距的平面凸透镜组成的，将聚光灯聚焦到激光介质中。Nd∶YVO4晶体的切割作为激光介质，和的维数是3times;3times;5 mm3，掺杂浓度为0.5%左右，整个腔体长度约40毫米。涂料是种植在晶体的侧面。在Nd：YVO4左侧，HT @ 808 nm（gt; 95%）和人力资源@ 1064 nm（gt; 99.5%），在水晶的右侧，AR @ 1064 nm（＜0.3%）和人力资源@ 532 nm（gt; 95%）。2毫米厚的平板石英作为输出耦合器，涂层的要求是类似于传统的谐波输出耦合器，在左边，HR @ 1064 nm（gt; 99.6%），HT @ 532 nm（gt; 96%），在右侧的AR @ 532 nm（R＜0.3%）。谐波发生器是一个5%的MgO掺杂和由麦克马斯特大学提供的PPLN晶体。Nd: YVO4和MgO：PPLN晶体都放在不同工作温度下的铜散热片，这是实现热电制冷器（TEC）。可以改变腔长，实现优化的模式匹配。三件：在MgO具有不同参数的实验测试了PPLN晶体。的晶体或Z的PPLN轴平行于和C定位：YVO4采取的发射辐射最好使用具有较高的激发截面，极化方向设置如图3所示。
根据式（准相位匹配（QPM），极化的基本波和细胞都与c轴方向平行的激光晶体和Z方向：PPLN晶体的MgO。在实验中，改变腔的长度已获得较高的激光输出在一个紧凑的绿色配置只要可能的。在本模拟，它是可能使用此配置获取高ciency基本操作和SHG效率。
4.结果与讨论
在1064纳米的输出功率是由一个由相干公司的图4所提供的功率计测量显示的输出功率变化，在808纳米的泵浦功率的增加。上面的三角形代表的实验测试数据在不同的泵浦功率，圆圈代表理论模拟用LASCAD软件。在模拟中，如果只考虑基本的TEM00模式操作，在泵浦功率为16 W的最大输出功率为7.03 W小于实验结果（8.06 W），当多模操作的考虑，输出功率将有逐渐增加都包括在内，最后只有当M2因子设置等于3.5，模拟结果基本符合实验结果。有领导不同意，仿真和实验之间的许多可能的因素，（1）在激光介质可能较大的准确的泵的大小比我们预计的由于在耦合光学系统的像差的产生，（2）热透镜效应比由计算机模拟计算的天堂，（3）的冷却条件和晶体和热沉之间的导热性能在很大程度上偏离了设置时，计算机模拟，（4）的泵源M2因子会影响模式的优化匹配条件。
图4 输出功率与泵浦功率（实验，模拟）
本文中，三氧化镁：PPLN样品进行了测试，样品1、样品2、样品3、极化周期大约是7micro;M.样品1为2 mm（W）times;2.5毫米（1）为0.5毫米（小时），样品2为2毫米（宽）为1.5毫米（1）0.5mm（H），样品3为2 mm（W）times;2.5毫米（L）times;0.5mm（H）。样品1和3之间的区别是接受温度带宽和芯片的有效长度归因于二次谐波产生。基本输出在1064 nm和532 nm倍频PPLN用MgO：如图5所示。在1064和532纳米的最大输出功率分别为8.06和6.2瓦，分别为。通过对试验数据的拟合，对边坡的坡度进行了54%左右的拟合。在1064纳米的输出耦合器的传输是约10%，这是在这个实验中的输出耦合器的最佳传输。从1064到532纳米的转换效率是约77%。从图5，532纳米的输出功率的趋势是向上，它是可能的，以获得更高的功率，通过增加泵功率。对实验校准激光介质的热断裂的恐惧，没有更高的泵浦功率为采用。
图5 实验输出功率为1064和532纳米与808纳米
M2因子还用扫描刀口方法测试，光束质量为MX2 = 2.2，MY2 = 2.4。长期稳定性也进行了研究，2小时，不稳定是不到5%。用CCD光斑的强度分布。图6显示现场照片。样品3可以产生更高的输出功率为532纳米，因为有效长度比其他样品长。在其他方面，以前的实验也给出。我们测试了其他两个样品的10和16毫米的长度PPLN晶体在过去，结果不觉、两因素可能导致它。首先，很难对准长（16毫米）和更薄的芯片（500micro;m），在芯片的基本模式的直径大约是280micro;M.其次，MgO：晶体准相位匹配装置，范围和精度的温度控制是有效倍频实验的关键，其接受温度带宽度（FHW）约为2°C为16毫米长的芯片。该芯片可以放置在空腔内或外。如果是用于腔内倍频没有外腔倍频转换效率是内部空腔的大小和强度有关，模式的有效非线性（DEFF）氧化镁：PPLN。由于MgO的DEFF：PPLN大，所以频率斗BLERs优化长度小于LBO和KTP，同时，对倍频晶体的温度耐受性较短、宽，所以优化模式尺寸较大时实现最大倍频输出和腔内损耗和强度的要求降低时采用MgO：PPLN。因此利用PPLN晶体的倍频器有利于高功率绿激光模式尺寸较大且容易大规模生产，敏感的所有元素的均匀性。4小时测试最大输出功率后，没有损坏的影响：PPLN晶体的MgO。在这项工作中，泵浦源为808纳米，如果波长改变为880纳米，热负载较轻，与808纳米泵，它会受益于高功率绿光激光器（10瓦）属。
图6 532纳米点的照片
总之，使用一个简单的和紧凑型腔结构实现6.2 W绿激光产生的吸收在808 nm泵功率14 W，光-光转换效率为43%，从1064到532 nm的转换效率约为77%，在2 h的不稳定性小于5%。激光头的整体尺寸小于60times;420times;20 mm3的MgO的温度要求：PPLN很大程度上是非常适合于微型投影仪显示和激光电视的应用减少。在进一步的工作中，将进行诸如泵浦源选择、激光介质的优化、实验的热管理、耦合光学系统、激光头的更紧凑的腔设计和工业设计等工作。
致谢
这项工作得到了厦门大学启动基金的资助。谢谢徐教授麦克马斯特大学提供的PPLN样品在我们的实验和一些有益的探讨和建议。
引用
- O. B. Jensen, P. E. Andersen, B. Sumpf, K. H. Hasler,Erbert, and P. M. Petersen, Opt. Exp. 17, 6532 (2009).
- J. Andreas, M. Ralf, P. Katrin, and E. Goetz, Laser Photonics Rev. 4, 633 (2010).
- K. Li, A. Q. Yao, N. J. Copner, C. B. E. Ga with,G Knight, H. U. Pfeiffer, and B. Musk, Opt. Lett. 34, 3472 (2009).
- S. T. Lin, Y. Y. Lin, R. Y. Tu, T. D. Wang, and C. Huang, Opt. Exp. 18, 2361 (2010).
- X. P. Hu, G. Zhao, Z. Yan, X. Wang, Z. D. Gao, H. Liu, L. He, and S. N. Zhu, Opt. Lett. 33, 408 (2008).
- B. X. Yan, Y. Bi, D. D. Wang, G. Bao, Y. Qi, T. Fang, and Y. Zhang, Chinese Journal of Lasers 38, 0302007 (2011).
- T. Yokoyama, K. Mizuuchi, K. Nakayama, and Kurozuka, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 6787 (2008).
- K. P. Soslash;rensen, P. Tidemand Lichtenberg, and C. Ped ersen, Laser Phys. Lett. 8, 209 (2011).
- S. D. Pan, Y. Yuan, L. N. Zhao, Y. H. Liu, and N. Zhu, Laser Phys. 21, 887 (2011).
-
B. Xiong, L. Guo, W. Hou, X.C. Lin, and J.M. Li,
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[31825]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
