YAG激光器的结构
通常说的YAG激光器,是指在钇铝石榴石(YAG)晶体中掺人三价铷Nd3+的Nd, YAG激光器,它发射1.06um的近红外激光,是在室温下能够连续工作的固体工作物质激光器。在中小功率脉冲激光器中,目前应用Nd: YAG激光器的量远超过其他工作物质。这种激光器发射的单脉冲功率可达102W或更高,能以极高的速度加工材料。YAG激光器具有能最大、峰值功率高、结构较紧凑、牢固耐用、性能可靠、加工安全、控制简单等特点,被广泛用于工业、国防、医疗、科研等领城。由子Nd: YAG晶体具有优良的热学性能,非常适合制成连续和重频激光器件。
YAG激光器包括YAG激光棒、氨灯、聚光腔、调Q开关、启偏器、全反镜、半反镜等,结构如图2. 14所示。
YAG激光器的工作介质为Nd:YAG棒。侧面打毛。两端磨成平面,镀增透膜。倍频晶体采用磷酸氧钛钾(KTP)品体,两面镀膜增透。激光谐振腔采用平凹稳定腔,腔长530mm,平凹全反镜的曲率半径为2m,谐振反射镜采用高透和高反膜层的石英镜片,Q开关器件的调制预率可调。
激光谐振腔为1. 3mm,谱线共振的三镜折叠腔,包括两个半导体激光泵浦模块,每一个模块由12个20W连续波中心波长为808nm的半导体激光列阵(LD)组成,总谱线宽度小于3nm。激光晶体为3mmX75mm的Nd: YAG,掺杂浓度为1.0%,在两个LD泵浦模块中间插人1块1.319nm激光90'石英旋光片用来补偿热致双折射效应,使得角向偏振与径向偏振光的谐振腔稳区相互重叠,有利于提高输出功率,改善光束质量。高衍射损耗的声光Q开关用来产生调Q脉冲输出,重复频率可在1^-50kHz范围内调节,设计的谐振腔在折叠臂上产生一个实焦点以提高功率密度,有利于非线性频率变换。
平面镜M1镀1319nm、659.4nm双高反膜系,平凹镜M2为输出耦合镜,平凹镜M3为1319nm, 659nm, 440nm的3波长高反膜。由于Nd: YAG晶体的1064nm谱线强度是1319nm波长的三倍,因此M1 M2 M3 腔镜设计时均要求对1064nm波长的透过率大于60%,这对抑制1064nm激光振荡是非常重要的。为减小腔内插人损耗,腔内所有的元器件均应镀有增透膜。半导体激光器未加任何整形措施或光学成像部件,分别从相邻120'方向泵浦Nd:YAG晶体,通过优化泵浦结果参数,可以获得较为均匀、类高斯型的增益分布轮廓。这种设计具有简单、紧凑、实用化的特点,可以与谐振腔本征模较好地匹配,有利于提高能量提取效率和光束质盆。
由于三翻酸锂(LBO)晶体具有高的损伤阙值,对基频光和倍倾光低吸收,可实现1319nm二倍频和三倍频相位匹配和具有适宜的有效非线性系数等优势,所以选择两块LBO晶体作为腔内倍频与腔内合频的晶体。