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注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器

王兰 金光勇 董渊 王超

王兰, 金光勇, 董渊, 王超. 注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0161
引用本文: 王兰, 金光勇, 董渊, 王超. 注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0161
WANG Lan, JIN Guang Yong, DONG Yuan, WANG Chao. Double pumped composite cavity 501 nm cyan laser with tunable injection power ratio[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0161
Citation: WANG Lan, JIN Guang Yong, DONG Yuan, WANG Chao. Double pumped composite cavity 501 nm cyan laser with tunable injection power ratio[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0161

注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器

doi: 10.37188/CO.2020-0161
详细信息
    作者简介:

    王 兰(1984—),女,吉林省长春人,博士研究生,工程师,2011年于长春理工大学获得硕士学位,现就读于长春理工大学,主要从事激光物理与新型固体激光器的研究;任职于吉林省计量科学研究院,吉林省计量测试仪器与技术重点实验室,主要从事计量校准、检定工作。E-mail:86830639@qq.com

    金光勇(1971—),男,吉林长春人,研究员,博士生导师,2003年于长春理工大学获得工学博士学位,主要从事激光及其物质相互作用、激光物理与新型固体激光器的研究。E-mail:jgycust@163.com

  • 中图分类号: O439

Double pumped composite cavity 501 nm cyan laser with tunable injection power ratio

More Information
  • 摘要: 为了探究提高500 nm附近激光高准确度应用的理论和技术依据,本文采用双泵浦源复合腔结合非线性和频变换,实现腔内两种波长基频光无增益竞争,提高基频光输出功率同时在复合腔内进行多次非线性频率变换,通过调控基频光注入功率比,使腔内光子数配比达到1:1,从而有效提高了光-光转换效率及和频输出功率。对首次建立的理论模型进行了实验验证,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4作为增益介质获取946 nm和1064 nm基频光输出,LBO为和频晶体;通过双泵浦源结构实现946 nm和1064 nm基频光无增益竞争,调节注入LBO光功率,对比注入功率比不同时和频转换效率及输出功率,最终在基频光注入功率比为1.48:1(即腔内光子数配比为1:1)时获得最大输出功率923 mW的501 nm青光。填补了500 nm附近青光输出功率以及转换效率可调控性研究的空白。
  • 图  1  实验装置示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of experimental device.

    图  2  946 nm和1064 nm基频光同时输出光谱图

    Figure  2.  Spectrum of 946 nm and 1064 nm fundamental frequency laser output at the same time.

    图  3  946 nm和1064 nm输出功率与泵浦电流的关系

    Figure  3.  The relationship between the pump current and the output power at 946 nm and 1064 nm

    图  4  946 nm和1064 nm腔内功率与泵浦电流关系

    Figure  4.  The relationship between the pump current and the intracavity power at 946 nm and 1064 nm

    图  5  946 nm和1064 nm泵浦功率与501 nm输出功率关系

    Figure  5.  Relationship between pump power at 946 nm and 1064 nm and output power at 501 nm

    图  6  501 nm输出功率与946 nm和1064 nm注入功率比的关系

    Figure  6.  Relationship between output power at 501 nm and injection power ratio at 946 nm and 1064 nm

    图  7  501 nm光谱图和光斑图:(a)光谱图;(b) 2D光斑;(c) 3D光斑.

    Figure  7.  Spectrum and spot at 501 nm (a) Spectrogram; (b) 2D spot; (c) 3D spot

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出版历程

注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器

doi: 10.37188/CO.2020-0161
    作者简介:

    王 兰(1984—),女,吉林省长春人,博士研究生,工程师,2011年于长春理工大学获得硕士学位,现就读于长春理工大学,主要从事激光物理与新型固体激光器的研究;任职于吉林省计量科学研究院,吉林省计量测试仪器与技术重点实验室,主要从事计量校准、检定工作。E-mail:86830639@qq.com

    金光勇(1971—),男,吉林长春人,研究员,博士生导师,2003年于长春理工大学获得工学博士学位,主要从事激光及其物质相互作用、激光物理与新型固体激光器的研究。E-mail:jgycust@163.com

  • 中图分类号: O439

摘要: 为了探究提高500 nm附近激光高准确度应用的理论和技术依据,本文采用双泵浦源复合腔结合非线性和频变换,实现腔内两种波长基频光无增益竞争,提高基频光输出功率同时在复合腔内进行多次非线性频率变换,通过调控基频光注入功率比,使腔内光子数配比达到1:1,从而有效提高了光-光转换效率及和频输出功率。对首次建立的理论模型进行了实验验证,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4作为增益介质获取946 nm和1064 nm基频光输出,LBO为和频晶体;通过双泵浦源结构实现946 nm和1064 nm基频光无增益竞争,调节注入LBO光功率,对比注入功率比不同时和频转换效率及输出功率,最终在基频光注入功率比为1.48:1(即腔内光子数配比为1:1)时获得最大输出功率923 mW的501 nm青光。填补了500 nm附近青光输出功率以及转换效率可调控性研究的空白。

English Abstract

王兰, 金光勇, 董渊, 王超. 注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0161
引用本文: 王兰, 金光勇, 董渊, 王超. 注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0161
WANG Lan, JIN Guang Yong, DONG Yuan, WANG Chao. Double pumped composite cavity 501 nm cyan laser with tunable injection power ratio[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0161
Citation: WANG Lan, JIN Guang Yong, DONG Yuan, WANG Chao. Double pumped composite cavity 501 nm cyan laser with tunable injection power ratio[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0161
    • 将全固态激光器与非线性频率变换技术相结合,通过倍频或和频获取480 nm−510 nm波段的激光输出,是目前比较常用的技术手段[1-9],为了获取这些波段高性能输出,国内外学者做了大量研究。早在2006年,Jacquement[10]等人利用自己研制的Yb:KYW晶体获取了1003.4 nm激光,以此作为基频光,结合一个复杂的环形腔结构,将1003.4 nm激光通过KNbO3进行腔内倍频,最终获得35 mW的501.7 nm青光输出,由于腔型结构过于复杂,固有损耗过高,因此获得青光输出功率不算理想。2012年E.J.Hao[11]等人采用复合腔双腔结构,通过在腔中置入1/4波片等光学元件构成扭摆腔实现了有效的模式选择,成功提高了青光输出功率;2013年付喜宏[12]等人通过采用V型复合腔泵浦复合Nd:YAG晶体,有效减小高功率下激光增益介质所产生的热透镜效应,运用Ⅱ类KTP晶体实现腔内和频,最终获得了730 mW的500.9 nm青光输出,该实验再一次证明了复合腔结构结合和频变换技术是获得500 nm附近青光输出的有效手段。2015年,Mahmoud Tawfieq[13]等人提出了一个新的概念,利用新型锥形二极管激光器,以978 nm和1063 nm作为基频光,获得509 nm青光输出,光-光转换效率为12.1%;同年Ruijun Lan[14]等人利用Yb:YCOB晶体作为增益介质获得了974 nm和1042 nm谱线的同时振荡,经过Ⅱ类KTP晶体进行和频,获得503 nm激光输出。目前对于500 nm附近青光的研究多集中在采用新晶体、新腔型等方法来获得该波段输出光和提高输出功率,而对于500 nm附近青光的输出功率以及转换效率的可调控性方面,没有进行研究,而有效、稳定的控制光光转换效率以及输出功率,将提高500 nm附近激光在通讯传输、测深等领域应用的精准度和深入程度。

      为弥补上述研究空白,本文采用双泵浦源复合式腔内结构,理论结合实验,实现了参与和频变换的基频光之间无增益竞争,从而通过调节泵浦功率有效控制复合腔内参与和频变换的注入光功率比,对和频转换效率和输出功率进行定量调节。以Nd:YAG和Nd:YVO4作为增益介质,基频光为946 nm和1064 nm,经LBO和频,在基频光注入功率比为1.48:1时,实现了最大功率923 mW的501 nm青光输出。

    • 在非线性频率变换过程中,和频转换效率可以表示为[15]

      $$\eta =\frac{{32{\pi ^2}d_{eff}^2{I_1}{I_2}\sin {c^2}(\Delta kl/2)}}{{{n_1}{n_2}{n_3}\lambda _3^2c{\varepsilon _0}({I_1} + {I_2})}}\quad ,$$ (1)

      式中n1,2,3分别表示两束基频光及和频光在晶体中的折射率,ε0为真空介电常数(ε0=8.85×1012F/m)。从上式中我们可以看出和频转换效率取决于非线性晶体的非线性系数deff、基频光光强I1I2、相位匹配函数sinc2kl/2)、和频光波长。其中,假设Δk=0,相位匹配函数sinc2kl/2)为最佳相位匹配;在非线性晶体参数和基频光波段确定条件下,和频光转换效率主要与基频光光强I1I2有关。

      根据光强的定义[16]I=Φchv/πω2,公式中,Φ表示总的腔内光子数,ω为光斑半径,假设参与和频变换的两个基频光半径近似相等,通过公式(1)可知直接影响和频转换效率的因素是光子数。在理想状态下,当两束基频光光子数为1:1时,和频转换效率达到最大[15-17],因此,如果我们想提高和频光转换效率,实现和频光功率的定量输出,可以通过建立腔内功率与基频光光子数之间的关系来实现。

      根据速率方程[16],可知描述准三能级激光系统运行特性的速率方程为:

      $$\frac{{d{N_{\rm{I}}}}}{{dt}}={R_p}(1 + f) - \frac{{({\sigma _{e{\rm{I}}}} + {\sigma _{a{\rm{I}}}})c}}{{{V_{\rm{I}}}}}{\Phi _{\rm{I}}}{N_{\rm{I}}} - \frac{{f{N_t} + {N_{\rm{I}}}}}{\tau }\quad ,$$ (2)
      $$\frac{{d{\Phi _{\rm{I}}}}}{{dt}}=\left(\frac{{{V_{a{\rm{I}}}}{\sigma _{e{\rm{I}}}}c}}{{{V_{\rm{I}}}}}{N_{\rm{I}}} - \frac{1}{{{\tau _{c{\rm{I}}}}}}\right){\Phi _{\rm{I}}}\quad .$$ (3)

      当准三能级系统运行状态稳定时,有$\dfrac{{d{\Phi _{\rm{I}}}}}{{dt}}=0$,可得到稳态下准三能级系统的反转粒子数为:

      $$ {N_{\rm{I}}}=\frac{{{V_{\rm{I}}}}}{{{\tau _{{\rm{cI}}}}{V_{{\rm{aI}}}}{\sigma _{{\rm{eI}}}}{\rm{c}}}}\quad , $$ (4)

      将公式(4)代入公式(2)并设$\dfrac{{d{N_{\rm{I}}}}}{{dt}}=0$,我们可以得到准三级系统腔内光子数表达式如下:

      $${\Phi _1}=\frac{{\left[ {{R_{p{\rm{I}}}}(1 + f) - f{N_t}} \right]{V_{a{\rm{I}}}}{\sigma _{e{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}}}c - {V_{\rm{I}}}}}{{({\sigma _{e{\rm{I}}}} + {\sigma _{a{\rm{I}}}})\tau c}}\quad ,$$ (5)

      此外,还可以通过速率方程得到输出功率与光子数之间的关系:

      $${P_{out}}=\left( {\frac{{Tc}}{{2{L_e}}}} \right)\left( {h\upsilon } \right)\Phi \quad ,$$ (6)

      结合已知的腔内功率表达式[18]

      $$ {P}_{in}=\left(\frac{1+R}{1-R}\right){P}_{out} \quad ,$$ (7)

      准三能级系统腔内功率和输出功率表达式如下:

      $${{P_{1in}}=\left(\dfrac{{1 + {R_{2I}}}}{{1 - {R_{2I}}}}\right)\left( {\dfrac{{{T_{2{\rm{I}}}}c}}{{2{L_{e{\rm{I}}}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{\rm{I}}}} \right)\dfrac{{\left[ {{R_{p{\rm{I}}}}(1 + f) - f{N_t}} \right]{V_{a{\rm{I}}}}{\sigma _{e{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}}}c - {V_{\rm{I}}}}}{{({\sigma _{e{\rm{I}}}} + {\sigma _{a{\rm{I}}}})\tau c}}}\quad ,$$ (8)
      $${P_{1out}}=\left( {\frac{{{T_{2{\rm{I}}}}c}}{{2{L_{e{\rm{I}}}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{\rm{I}}}} \right)\frac{{\left[ {{R_{p{\rm{I}}}}(1 + f) - f{N_t}} \right]{V_{a{\rm{I}}}}{\sigma _{e{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}}}c - {V_{\rm{I}}}}}{{({\sigma _{e{\rm{I}}}} + {\sigma _{a{\rm{I}}}})\tau c}}\quad .$$ (9)

      类似的,描述四能级系统运行特性的速率方程为:

      $$\frac{{d{N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}{{dt}}={R_{p{\rm{I}}{\rm{I}}}} - {B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{\Phi _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}} - \frac{{{N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}{\tau }\quad ,$$ (10)
      $$\frac{{d{\Phi _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}{{dt}}=\left({B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{V_{a{\rm{I}}{\rm{I}}}}{N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}} - \frac{1}{{{\tau _{c{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}\right){\Phi _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}\quad ,$$ (11)

      $\dfrac{{d{\Phi _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}{{dt}}=0$,可以得到四能级激光系统在稳定工作状态下反向粒子数为:

      $${N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}=\frac{1}{{{\tau _{c{\rm{I}}{\rm{I}}}}{B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{V_{a{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}\quad ,$$ (12)

      将公式(11)代入公式(9),同时令$\dfrac{{d{N_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}{{dt}}=0$,我们可以得到四能级激光系统腔内光子数为:

      $${\Phi _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}=\frac{{{R_{p{\rm{I}}{\rm{I}}}}{B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{V_{a{\rm{I}}{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}{\rm{I}}}} - 1}}{{B\tau }}\quad ,$$ (13)

      根据输出功率与光子数的关系,同样得到了四能级系统腔内功率与输出功率的表达式:

      $${P_{2in}}=\left(\frac{{1 + {R_{2II}}}}{{1 - {R_{2II}}}}\right)\left( {\frac{{{T_{2{\rm{I}}{\rm{I}}}}c}}{{2{L_{e{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}} \right)\frac{{{R_{p{\rm{I}}{\rm{I}}}}{B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{V_{a{\rm{I}}{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}{\rm{I}}}} - 1}}{{B\tau }}\quad ,$$ (14)
      $${P_{2out}}=\left( {\frac{{{T_{2{\rm{I}}{\rm{I}}}}c}}{{2{L_{e{\rm{I}}{\rm{I}}}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{{\rm{I}}{\rm{I}}}}} \right)\frac{{{R_{p{\rm{I}}{\rm{I}}}}{B_{{\rm{I}}{\rm{I}}}}{V_{a{\rm{I}}{\rm{I}}}}\tau {\tau _{c{\rm{I}}{\rm{I}}}} - 1}}{{B\tau }}\quad ,$$ (15)

      在上述公式中,R是输出镜反射率;Nt是粒子总数;τ是2能级寿命;τc是腔内光子数寿命;Be=σe/VBa=σa/V,其中,σe是受激发射截面,σa是受激吸收截面,V是激光在谐振腔内的模体积;f=σa/σeRp是泵浦速率,与泵浦功率直接相关,假设Rp忽略了基态粒子数的减少。

      通过上述腔内光子数、腔内功率、输出功率表达式进行数值模拟,根据不同实验条件的实际要求,可以得到两个独立运行的准三能级系统和四能级系统中各参量对和频光输出特性的影响。

      根据上述分析和公式(6),结合本文实验实际参数,得到946 nm腔内功率和输出功率表达式如下:

      $${{P_{946in}}=\left(\dfrac{{1 + {R_{946}}}}{{1 - {R_{946}}}}\right){P_{946out}}=\left(\dfrac{{1 + {R_{946}}}}{{1 - {R_{946}}}}\right)\left( {\dfrac{{{T_{946}}c}}{{2{L_{e946}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{946}}} \right){\Phi _{946}}}\quad ,$$ (16)
      $${P_{946out}}=\left( {\frac{{{T_{946}}c}}{{2{L_{e946}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{946}}} \right){\Phi _{946}}\quad ,$$ (17)

      1064 nm腔内功率和输出功率表达式如下:

      $$\begin{split} {P_{1064in}}&=\left(\frac{{1 + {R_{1064}}}}{{1 - {R_{1064}}}}\right){P_{1064out}} \\ &=\left(\frac{{1 + {R_{1064}}}}{{1 - {R_{1064}}}}\right)\left( {\frac{{{T_{1064}}c}}{{2{L_{e1064}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{1064}}} \right){\Phi _{1064}}\quad , \end{split} $$ (18)
      $$ {P_{1064out}}=\left( {\frac{{{T_{1064}}c}}{{2{L_{e1064}}}}} \right)\left( {h{\upsilon _{1064}}} \right){\Phi _{1064}}\quad , $$ (19)

      λ=c/v,当腔内光子数比为1:1时,即Φ1064: Φ946=1:1,公式(5)与公式(13)相等。可以得到两束基频光在和频过程中转换效率最大时与泵浦功率之间的关系,以及两束基频光腔内与腔外功率之间的关系,为和频变换实验过程中定量调节双泵浦注入功率提供理论依据。Le为光学谐振腔长度,v为激光频率;Le=L+(n-1)lL为谐振腔长度;l为增益介质长度;h为普朗克常数。

    • 本文实验验证了理论模型的正确性,通过避免和频变换过程中增益竞争问题,使参与和频变换的注入功率比具有可控性,实验采用了如图1所示的腔型结构。LD1和LD2是型号为LD-Mate2V75A-ATPAZ的808 nm泵浦源,光纤芯径为400 μm,数值孔径0.22,最大输出功率约35 W。从图1可以看出,M1,Nd:YAG和M4构成准三能级946 nm腔;M2, Nd:YVO4,M3 and M4构成1064 nm腔。M1是曲率R=200 mm的平凹镜,作为946 nm谐振腔的输入镜,双面镀HT@808 nm(T>95%),凹面镀HR@946 nm;M2是曲率R=200 mm的平凹镜,作为1064 nm谐振腔的输入镜,双面镀HT@808 nm(T>95%),凹面镀HR@1064 nm;M4是整个复合式谐振腔的输出镜,当它作为946 nm和1064 nm基频光输出镜时,前表面镀HT@ 946 nm(T=2%)&@1064 nm(T=5%),当它作为501 nm输出镜时,双面镀HT@501 nm(T>95%),HR@946 nm&1064 nm(T<2%);M3是45°镜,镀HT@946 nm(T>98%),HR@1064 nm(T<2%)。Nd:YAG作为输出946 nm的增益介质,晶体尺寸为ϕ4×3 mm3,掺杂浓度0.5at%,前表面镀HT@808 nm(T>95%),前后表面均镀AR@946 nm(R<0.2%);Nd:YVO4作为输出1064 nm的增益介质,晶体尺寸为3×3×5 mm3,掺杂浓度为0.3at%,前表面镀HT@808 nm(T>95%),前后表面均镀AR@1064 nm(R<0.2%)。选用LBO作为非线性和频晶体,相位匹配角为θ=90°,φ=15.4°,晶体尺寸为3×3×10 mm3,双面镀AR@1064 nm(R<0.2%)&946 nm(R<0.5%)&501 nm(R<1%)。谐振腔总长度控制在90 mm以内调节。同时获得了946 nm和1064 nm独立输出,用型号为AQ6373的光谱仪对基频光波长进行采集,如图2所示。

      图  1  实验装置示意图

      Figure 1.  Schematic diagram of experimental device.

      图  2  946 nm和1064 nm基频光同时输出光谱图

      Figure 2.  Spectrum of 946 nm and 1064 nm fundamental frequency laser output at the same time.

      对理论模型的正确性进行实验验证。1064 nm谐振腔腔长为87 mm,输出镜透过率T=5%;946 nm谐振腔腔长为64 mm,输出镜透过率T=2%。对1064 nm和946 nm输出功率进行测量,并将测得数据代入公式(16)(18),通过计算得到可以用来参与非线性和频变换的1064 nm和946 nm腔内功率。图3为946 nm和1064 nm输出功率与泵浦电流的关系;图4为计算得到的946 nm和1064 nm腔内功率与泵浦电流的关系。从图3图4可以看出,1064 nm输出功率和腔内可参与和频变换的功率均高于946 nm。

      依据理论分析,若使和频转化效率最大,腔内光子数Φ1064: Φ946=1:1,将公式(16)(18),代入实际参数,则P946in:P1064in=1.53:1。从理论数据上可以看出,和频变化过程中需要的946 nm注入功率高于1064 nm注入功率,这与谐振腔内946 nm和1064 nm实际功率比相反。因此在非线性和频变换过程中,采取分组实验方式,每组实验首先固定946 nm腔内参与和频变换的注入功率,1064 nm的注入功率满量程范围调节,501 nm输出功率及和频转换效率达到最大值后均会出现下降,将每组501 nm输出功率最大值及对应946 nm和1064 nm注入光功率比分别整理如图5图6所示。

      图  3  946 nm和1064 nm输出功率与泵浦电流的关系

      Figure 3.  The relationship between the pump current and the output power at 946 nm and 1064 nm

      图  4  946 nm和1064 nm腔内功率与泵浦电流关系

      Figure 4.  The relationship between the pump current and the intracavity power at 946 nm and 1064 nm

      图  5  946 nm和1064 nm泵浦功率与501 nm输出功率关系

      Figure 5.  Relationship between pump power at 946 nm and 1064 nm and output power at 501 nm

      图  6  501 nm输出功率与946 nm和1064 nm注入功率比的关系

      Figure 6.  Relationship between output power at 501 nm and injection power ratio at 946 nm and 1064 nm

      图5可以看出501 nm输出功率斜效率随着946 nm和1064 nm泵浦功率增大而增大,最终获得最大输出功率923 mW。从图6可以看出,每组实验中501 nm输出功率最大时946 nm和1064 nm注入功率比在2.03:1至1.48:1之间,946 nm和1064 nm功率都偏低时,注入功率比偏高,主要考虑是因为低功率时虽然可以进行非线性和频变换但无法达到腔内光子数1:1的条件;随着946 nm和1064 nm功率升高,注入功率比越来越小,501 nm输出功率斜效率变大,转换效率越来高;501 nm输出功率大于800 mW后,946 nm与1064 nm注入功率比在1.65:1至1.48:1之间,与理论上计算得到的注入功率腔内光子数比1:1时,946 nm与1064 nm注入功率比1.53:1理论值基本吻合。为获得非线性和频最大转换效率、最大输出功率对注入光功率的定量调节提供了理论依据和技术手段。图7为501 nm光谱图和光斑图。

      图  7  501 nm光谱图和光斑图:(a)光谱图;(b) 2D光斑;(c) 3D光斑.

      Figure 7.  Spectrum and spot at 501 nm (a) Spectrogram; (b) 2D spot; (c) 3D spot

    • 本文通过对双泵浦源复合式谐振腔结构中影响和频输出功率和转换效率相关参数理论模型的建立,推算出946 nm和1064 nm腔内功率,及使非线性和频变换转换效率达到最大条件,腔内光子数1:1时,946 nm和1064 nm注入功率比理论值为1.53:1。双泵浦源复合式谐振腔结构的优势为避免了两束参与非线性和频变换的基频光之间增益竞争及可调控性,易于增加非线性频率变换次数从而提高转换效率。通过实验对腔型优势和理论模型进行了实验验证,实现了946 nm和1064 nm在复合腔内无增益竞争同时输出,对注入非线性和频晶体LBO的946 nm和1064 nm光功率定量调节,最终获得最大输出功率为923 mW的501 nm青光,此时的946 nm和1064 nm注入功率比为1.48:1。实验结论与理论分析相吻合。为非线性和频变换技术中通过调控参与和频过程的注入光功率提高和频转换效率提供了理论和技术依据。

参考文献 (18)

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