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激光二极管泵浦的被动调Q固体激光器是一种可以实现短脉冲、高峰值功率、高重复频率脉冲激光输出的全固态激光器,具有效率高、小型化、寿命长和性能稳定等优点,在激光加工、激光点火、激光测距和高效非线性转化等领域有着广泛的应用潜力和前景。
本文首先介绍了激光二极管泵浦被动调Q固体激光器的应用前景,然后介绍了激光二极管泵浦被动调Q固体激光器的发展历程和掺Yb3+离子激光材料用作被动调Q激光工作物质的优点与研究进展。分析了Cr,Yb:YAG自调Q激光器的研究成果和存在的问题,结合对Yb:YAG材料与Cr,Yb:YAG晶体的光学性能分析和连续激光性能的研究,首次提出了利用Yb:YAG材料强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器激光性能的研究构想,并通过激光二极管泵浦的Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构激光实验进行了详细的研究。系统地研究了工作物质材料、输出耦合镜透过率、腔长和吸收泵浦光功率对Yb:YAG/Cr,Yb:YAG自调Q激光特性(平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复频率、脉冲能量、峰值功率以及输出激光光谱)的影响。
采用940 nm激光二极管作为泵浦源,在输出耦合镜透过率为50％时,Yb:YAG晶体强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器获得了高效的脉冲激光输出,斜率效率高达25％。当吸收5.4 W泵浦光时,获得了最高1 W的平均功率输出,光-光转换效率为18.5％。在吸收泵浦光功率为4.48 W时,输出激光脉冲的宽度(FWHM)为25.4 ns,脉冲重复频率为28 kHz,脉冲能量和峰值功率分别为36.4μJ和1.43 kW。
Yb:YAG透明陶瓷强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器在输出耦合镜透过率为20％时获得了高效的脉冲激光输出,吸收泵浦功率为4.48 W时获得最高为0.68W的平均输出功率,相应的光.光转换效率为15.2％。在相同输出耦合镜透过率Toc=20％的情况下,Yb:YAG陶瓷强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器相比Yb:YAG晶体强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器具有更高的效率和更好的脉冲特性。采用Yb:YAG陶瓷和晶体作为工作物质吸收主要的泵浦光时,强化Cr,Yb:YAG自调Q激光器的斜率效率分别为20％和14％;脉冲重复频率随吸收泵浦光的增长速率分别为12.7 kHz/W和9.5 kHz/W;吸收泵浦功率为4.48 W时,脉冲宽度分别
为21 as和26 as;脉冲能量分别为15μJ和10μJ;脉冲峰值功率分别为0.76 kW和0.37kW。