KTP——一种新型的Nd:YAG激光倍频晶体

一、KTP晶体KTP(KTiOPO_4)是Nd:YAG激光(1.06μm)倍频的理想材料。KTP属于K_xRb(1-x)TiOPO_4族,斜方结构(点群mm2 )的双轴晶体。晶体常数:a=12800(?),b=6400(?),C=10580(?)。表1列出了KD~*P,LiNbO_3及KTP晶体特性的最重要数据。令人注意的首先是与KDP族(KD~*P或KDP)相比,KTP的透过范围大,非线性系数大,因此可用于有效倍频。表1 KD~*P、LiNbO_3及KTP晶体的特性     

KTP倍频晶体增透膜的改进

为了改进KTP晶体倍频增透膜的镀膜质量,采用SiO2代替原来使用的MgF2材料作外层膜并重新设计了膜系。实验结果表明,运用上述技术将镀有1064nm和532nm增透膜的KTP倍频晶体应用在高功率Nd:YAG激光器中,当重复频率lkHz、脉宽25ns、基波功率密度高达450MW/cm2时,没有观察到KTP晶体表面激光损伤,膜层表面抗激光损伤和光学性能都得到提高。     

Nd:YAG的高效率倍频

当晶体的基波折射率和二次谐波折射率相等时（所谓“相位匹配”条件），Nd:YAG输出波长(1.064亳微米）的二次谐波可以用CD*A和KD*P以接近50%的效率产生。对于I型倍频过程，使基波的寻常折射率等于倍频波的非寻常折射率，此条件就可满足。对于II型倍频，必要的条件是二次谐波的非寻常折射率等于基波的非寻常折射率和寻常折射率的平均值。对于CD*A，可以将晶体的温度提高到100 ℃左右（取决于特定晶体的氘化水平）用θm=90°的I型过程来达到相位匹配。对于21亳米厚的CD*A晶体，温度-效率曲线的宽度(FWHM)为3.325 ℃。90度相位匹配使得比衍射极限大一个数量级的光束发散度也能有效地倍频，且不会因双折射而引起离散效应。提供的数据表明了倍频效率作为晶体厚度和入射平均功率密度的函数，包括效率和平均功率饱和的考虑。在室温下，θm=53°36'时，II型KD*P达到了相位匹配。在此情况下，为了获得有效倍频，入射基波光束的发散度必须接近衍射极限。25亳米的晶体绕寻 常光轴旋转的角半宽度为1亳弧度（FWHM)与CD*A相比，用KD*P是有利的，因为它容易使用，有高的损伤阈值，高的饱和水平并在室温下可用。用每秒10个脉冲的重复率、3.0焦耳的脉冲Nd:YAG激光器，在532亳微米波长上的功率达到了 10.5瓦。     

高效率倍频Nd:YAG激光器

Nd:YAG输出波长1.064微米的二次谐波能用CD~*A和KD~*P两种晶体产生。当晶体在基波和二次谐波的折射率相等时——也即称为“相位匹配”条件时,效率接近50％。对于Ⅰ型倍频过程来说,当基波的寻常光的折射率等于二次谐波非常光的折射率时,能满足这个条件。对Ⅱ型倍频来说,必要的条件是:二次谐波非常光的折射率须等于基波的非常光和寻常光折射率两者的平均值。CD~*A的相位匹配能经过Ⅰ型过程在θ_m=90°将晶体温度提高到约100℃来实现,决定于该晶体含氘水合物量。一个长21毫米的CD~*A晶体相对效率曲线的温度宽度是3.25℃(半最大值时全宽)。90°相位匹配允许在入射光发射度比衍射极限大一个数量级的情况下有高效率的倍频,而不致引进由于双折射引起的离散。本文介绍的数据表明:倍频效率为晶体长度和入射平均功率密度的函数,包括考虑到效率和平均功率饱和。KD~*PⅢ型在室温下在θ_m=53°36′相位匹配。在这种情况下,为了得到高效率的倍频,入射基波光束的发散度必须接近衍射极限。按正常轴旋转,一块25毫米长的晶体角半宽度是1毫弧度。与CD~*A比较,采用KD~*P是优越的,因为它容易得到,破坏阈值高,在室温下有高的饱和度和有效性。脉冲能量为3焦耳,重复率为10次/秒Nd:YAG脉冲激光器,波长0.532微米的激光功率已达到10.5瓦。     

腔内倍频Nd：YAG／KTP高功率绿激光器

印度原子能研究所固体激光器研究部在高功率绿激光器领域获得了新突破，研制成功了最高功率为30．5W的连续输出绿激光器，输出波长为532nm，光一光转换效率为11．7％，电一光转换效率为4．7％，是目前世界上二极管侧面泵浦倍频Nd：YAG绿光输出激光器的最高水平。     

双KTP晶体倍频过程的实验研究

本文对双KTP晶体在参量振荡腔(OPO)内和 腔外的倍频过程进行了细致的实验研究。在理论上给出了双KTP晶体串接倍频的最佳条件,在实验上以连续稳频Nd:YAG激光器输出的1.06μm红外光为泵浦光,分别实现PPO腔内和腔外倍频,在     

Nd：GdCOB晶体1331.0nm自倍频特性

计算了Nd:GdCOB晶体的相位匹配角。用Datachroom-5000染料脉冲激光作为泵浦源,在Nd:GdCOB晶体中实现了由1331.0nm到665.5nm的自倍频激光运转,阈值能量为14.2mJ;当泵浦能量为25mJ时,665.5nm激光的输出能量为0.62mJ,相应的转换效率为2.5%。     

灯泵浦高效率Nd：YAG倍频绿光激光器的研究

研制出灯泵浦高效率Nd:YAGKTP倍频绿光激光器.采用L型折叠腔及腔内倍频技术,在泵浦注入电流16 A,声光调制频率10 KHz时,输出63 W的高功率532 nm绿光,光束质量较好,基频光成份小于1%.调制频率8 KHz时,获得最高光-光转换效率63.8%.对绿光激光器输出功率的稳定性进行了实验研究与分析,采用优化的参数和改进的水冷结构,实现高效率、高稳定性的绿光输出.     

晶体温度对L泵浦Nd：YVO_4／KTP腔内倍频激光器输出的影响

研究了ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＹＶＯ４／ＫＴＰ腔内倍频激光器中激光晶体与倍频晶体的温度对器件基频与倍频输出的影响。用国产１Ｗ激光二极管作泵浦源,通过选择合适的Ｗｄ：ＹＶＯ４和ＫＴＰ的工作温度,在泵浦功率为６０４．２ｍＷ时获Ｔ得１３３．６ｍＷ的绿光输出,光－光转换效率为２２．１％。     

KTP晶体环形腔外腔倍频Nd:YAG激光光束特性的研究

为了解决精细聚焦问题，采用Nd：YAG倍频技术以获得短波长激光器。在激光烧结技术、获取短波长激光的方法、短波长激光光束特性等方面进行了研究和探讨。从理论和实验两方面，研究了利用KTP晶体对Nd：YAG激光进行环形腔外腔倍频的方法。这种倍频所利用的基频光最大平均功率为50W，采用声光调Q技术，频率约为1005Hz。当基频光平均功率约为35W的情况下，实验中光—光转换效率约为31．4％。利用BEAMCODESYS光束质量分析系统对二次谐波与基波光束质量进行了比较，并比较研究了二次谐波与基波的聚焦特性。实验中测定的二次谐波TEM00模所占比例约为95％。利用短波长可以获取更小聚焦尺寸，可以在激光粉末成型中得到更微小的成型尺寸，展示了二次谐波在微成型方面应用的初步成果。     

KTP晶体环形腔外腔倍频Nd∶YAG激光光束特性的研究

为了解决精细聚焦问题,采用Nd∶YAG倍频技术以获得短波长激光器。在激光烧结技术、获取短波长激光的方法、短波长激光光束特性等方面进行了研究和探讨。从理论和实验两方面,研究了利用KTP晶体对Nd∶YAG激光进行环形腔外腔倍频的方法。这种倍频所利用的基频光最大平均功率为50W,采用声光调Q技术,频率约为1005Hz。当基频光平均功率约为35W的情况下,实验中光光转换效率约为314%。利用BEAMCODESYS光束质量分析系统对二次谐波与基波光束质量进行了比较,并比较研究了二次谐波与基波的聚焦特性。实验中测定的二次谐波TEM00模所占比例约为95%。利用短波长可以获取更小聚焦尺寸,可以在激光粉末成型中得到更微小的成型尺寸,展示了二次谐波在微成型方面应用的初步成果。     

全固态激光器方形倍频晶体KTP温度场的研究

KTP晶体腔内倍频时具有的非均匀温升,对于LD抽运的全固态绿光激光器的性能有着较大的影响。为了提高激光器的性能,需对倍频晶体KTP内部温度场分布进行研究。通过对Nd:YVO4/KTP激光器中KTP晶体工作特点的分析,建立了符合实际的热分析物理模型,并利用解析热分析方法得出了方形晶体KTP的温度场分布的一般通解表达式。由于研究依据的方形晶体热模型较好地符合了激光器的实际情况,因此结论也就更为合理。研究结果表明,依据方形热模型计算KTP晶体得到的最大温升比圆柱形热模型得到的最大温升要略高一些。为研究由于温升导致的位相失配提供了必要的理论基础,对提高Nd:YVO4/KTP绿光激光器的性能具有指导意义。     

高效率Nd:YAG晶体增透膜

Nd:YAG晶体是1.064μm固体激光器的关键零件之一。由于Nd:YAG晶体有较高的折射率,加工好的Nd:YAG晶体,单面反射率高达8.4％以上。这个反射率足以使Q调激光器产生自振,即关不住门,影响激光器的正常工作和输出功率的提高。如果在晶体的两端面镀上1.064μm的增透膜,可有效地提高Q调激光器的关门电压,使激光输出功率明显提高;对于连续工作的Nd:YAG激光器,好的增透膜可实现低阈值工作,提高器件的工作效率;在锁模和选模激光技术中,Nd:YAG晶体增     

高效率激光晶体倍频中晶体谐振腔参数的研究

本文研究了晶体谐振腔的参数如晶体吸收,晶体长度,两端反射率,端面曲率半径,以及激光束半径等对倍频效率的影响,在理论上给出获得高效率倍频输出的途径。     

光纤激光器对KTP倍频晶体的损伤研究

利用主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤激光器倍频KTP晶体,通过移动晶体改变入射激光功率密度的方法研究了KTP倍频晶体的损伤特点.实验显示在重复频率为20kHz的光纤激光器作用下KTP晶体损伤阈值在24 MW/cm 2左右,并观察到损伤晶体都在出光面处被击裂;从光纤激光器的线宽、重复频率等方面对实验结果作了分析,对绿光在KTP晶体损伤中的作用作了阐述;最后给出了提高晶体激光损伤阈值的方法.     

温控高纯KTP内腔倍频Nd∶YAG激光器

将高纯KTP晶体置于一温控炉内 ,利用温度调谐 ,在一声光调Q ,直腔式Nd∶YAG激光器中获得了高功率、高效率倍频绿光输出。最高倍频绿光输出功率超过 38W ,倍频光输出功率的转换效率大于 0 91% ,不稳定度为± 2 3 %。高纯KTP与一般KTP相比 ,倍频效率提高了 18 8%。     

温控高纯KTP内腔倍频Nd:YAG激光器

将高纯KTP晶体置于一温控炉内,利用温度调谐,在一声光调Q,直腔式Nd:YAG激光器中获得了高功率、高效率倍频绿光输出.最高倍频绿光输出功率超过38 W,倍频光输出功率的转换效率大于0.91%,不稳定度为±2.3%.高纯KTP与一般KTP相比,倍频效率提高了18.8%.     

高效激光倍频晶体KTP的生长及主要性能

简要介绍了助熔剂法生长KTP晶体的过程。晶体最大尺寸为42.5×42.0×13.6mm,制成的器件在Nd:YAG锁模激光器上测得腔外倍频转换效率为65.1％,在准连续Nd:YAG激光器上获得平均绿光输出8.7W。     

倍频晶体KTP的六维微型调整架设计

制作小型的激光二极管泵浦的腔内倍频的固体激光器 ,尽量缩短腔长是提高激光泵浦效率的一条途径 ,如果激光晶体 (聚焦棒、Ｎｄ :ＹＶＯ4 或Ｎｄ :ＹＡＧ等、ＫＴＰ、输出镜头 )能够紧密地靠在一起 ,则在可调范围内能获得最佳的泵浦效率。由于激光器制作的独特性 ,它要求每一台激光器都需要仔细调节。因而设计一种轴向尺寸小 ,六维可调并带夹紧的调整架很有必要。本文针对山东大学中晶公司产品的一种ＫＴＰ晶体设计了一种微调整架。该ＫＴＰ的尺寸为 3× 3×5ｍｍ3,横截面为 3× 3ｍｍ2 ,长度为 5ｍｍ。调节架的具体要求 (设光轴方向为Ｚ向 ,…     

Ce4+:KTP晶体倍频效应的研究

采用等离子体发射光谱法测定了在掺入Ce^4 不同浓度条件下所生长的Ce^4 ：KTP晶体中的Ce^4含量，并计算出Ce^4 在相应晶体生长体系中的分配系数；采用激光粉末倍频法对晶体进行了倍频效应测试，并将所得数据与纯KTP晶体做了比较，发现在给定的掺质浓度范围内，晶体的倍频效应均有所增强，且倍频效应晶体中掺质含量的增大而先增强，后减弱，文中对这种现象进行了讨论。