發布日期：2022-10-09 點擊率：69
高平均功率全固態調Q355nm激光器在微電子、激光加工、科研等領域有著廣泛應用，如在電路板加工與立體印刷方面。電路板加工要求紫外激光在高重復頻率時提供大于300uJ的脈沖能量;立體印刷技術要求的是平均功率（一般在0.4~1W之間）。而一般的激光材料加工要求的平均功率在5~10W水平。美國光譜物理公司抽運Nd:YVO_4激光獲得了12W，30kHz的355nm激光；日本三菱公司獲得了18W25kHz的Nd:YAG355nm激光。我們采用雙棒串接熱致雙折射補償諧振腔設計臨界相位匹配KTP和LBO警惕，經過初步實驗，獲得了3.4W，4kHz的三倍頻輸出。
實驗裝置如下：諧振腔采用雙棒串接配置。兩個激光頭為側面抽運的Nd:YAG，二極管陣列從三向對稱抽運，每個激光頭所用的陣列最大輸出功率180W，Nd:YAG棒長64mm，直徑3mm，摻雜0.6at.-%。Q開關是NEOS公司生產的，中心頻率27.12MHz，1~50kHz可調。兩個激光頭之間加90度旋光片用來補償熱致雙折射。根據最大抽運時激光晶體中的熱透鏡大小，腔設計時使抽運最大時模體積上升，因此在沒有光闌限模的情況下，不損失激光功率，而獲得叫好的模式。在10kHz時，1064nm最大輸出功率為75W，M^2≈3.9，脈寬小于80ns，此時空間強度分布見圖1。4kHz時，最大輸出為60W。采用KTPⅡ類臨界相位匹配腔外倍頻（θ=〖90〗^o，Φ=23.5^o，晶體尺寸3mm*3mm*8mm），在4kHz時獲得532nm綠光輸出達16.2W，脈寬小于40ns。
三倍頻采用LBO晶體Ⅱ類臨界相位匹配，室溫下（300K）匹配角42.6^o，Φ=〖90〗^o，有效非線性系數d_eff=-0.532pm/V。此時，走離角為9.35mrad，根據532nm光源的功率密度，晶體長度為15mm。為防止激光返回，沿Φ方面切了楔角。
LBO晶體的折射率方程對溫度非常敏感，允許溫度只有3.47K·cm，匹配角以及非線性系數隨溫度變化很大；而且LBO晶體的熱導率只有0.035W/cm·K（YAG熱導率的1/4），因此控溫是非常重要的。實驗中也觀察到溫度退化效應：電流加大后，三倍頻光輸出先升上到一個高值，然后逐步下降一個很大的值。這種現象在加水冷后有很大的改觀，熱穩過程中甚至有一個小幅度上升。
圖2是綠光與紫外光隨基頻功率的變化曲線，24A時，基頻1064nm約60W，355nm輸出達3.4W，基頻-三倍頻轉換效率為5.6%。
值得指出的是，雖然腔內三倍頻可能做到更高的效率，但腔外三倍頻更可能實用。因此在國際工業應用中常常要求激光波長的方便切換，比如打標機對不同材料需要不同的波長，而腔外三倍頻與腔內三倍頻相比容易做到切換波長時即插即用。
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