LD 泵浦的Nd：YVO4/KTP 全固态连续激光器

刘 畅 殷一帆 罗倩雯

（河南大学，河南 开封475000）

LD 泵浦的全固态激光器具有易于控制、工作时间长、低功耗、低阈值、稳定性好、转换效率高、光束质量高等一系列优点[1,2]。它被广泛应用于激光信息存储与处理、激光通信、激光投影、参量振荡、激光分离同位素及军用激光技术中。其次，由于激光的高亮度、单色性好的特点，绿色激光便是激光投影，3D 投影中三原色的最好选择。因此，高性能的绿色激光器受到了广泛的关注。世界各国激光产业竞相争夺进行研发。目前，利用KTP、LBO、PPLN 这些倍频晶体，对红外波长进行倍频是获得绿色激光最有效的方法之一[3]。特别近些年来，LD 泵浦Nd：YVO4激光晶体，利用KTP 晶体进行腔内倍频，输出单横模绿光的研究得到了相当的重视[4-6]。

本设计采用传统的直腔结构进行实验，利用多单管光纤耦合半导体激光器泵浦YVO4+Nd：YVO4键合激光晶体。在此基础上使用KTP 非线性晶体对红外光进行腔内倍频。以达到输出532nm 激光的效果。

1 实验装置

本实验采用直腔结构，利用LD 进行端面泵浦并使用腔内倍频的方式。泵浦源为多单管光纤耦合半导体激光器，最大输出功率55W。设定其工作温度在25℃，使工作波长为808nm，与Nd：YVO4晶体的吸收峰相匹配。激光晶体使用键合晶体YVO4+Nd：YVO4, 其中Nd：YVO4掺Nd3+的浓度为0.2%，尺寸为3mm ×3mm ×（3+12）mm， 镀 膜 参 数 S1：HR@1064nm&532nm&HT@808nm，S2：AR@1064&HR@532，倍 频晶体尺寸为3mm×3mm×10mm，由于泵浦光的能量高，为了有效控制晶体处于25℃，使用TEC 进行冷却。为了使冷却的效果更好，用锡纸将晶体包裹，放入经过特殊加工的紫铜块调节架中，并与TEC 控制芯片相链接，同时采用循环水冷制冷方式。输出耦合镜的参数R=-75/12.7*3（图1）。

2 分步实验结果与分析

2.1 光学耦合系统的稳定性及损耗

泵光光源是K808DA5RN-55.00W型多单管光纤耦合半导体激光器。在25℃，他的发射中心波长为808nm，最大输出功率为55W。经实测，当显示泵浦功率为55W 时，实际注入晶体的功率为51.3W。该光学系统的耦合效率为93%。K808DA5RN-55.00W 型LD 输出功率为32W 时，需要电流6.05A，输出功率30 分钟的稳定性为RMS：0.1%，PTP：0.66%。

2.2 采用YVO4+Nd：YVO4 键合激光晶体时，红外1064nm 输出特性

采用17%的耦合输出时，1064nm 激光输出功率达到最高。在抽运功率30W 时，输出1064nm 激光14.2W，在输出功率14.2W 时，1064nm 激光30 分钟的功率稳定性为RMS：0.22%，PTP：1.01%（图2）。

2.3 532nm 绿光输出特性

分别采用7mm、10mm 和12mm 的KTP 进行倍频研究。倍频晶体和激光晶体采用同一套温控设备。在泵浦功率为30W、采用10mm 的倍频晶体倍频时，输出532nm 单横模绿光功率为5.3W。输出激光30 分钟的功率稳定性RMS：0.96%，PTP：5.35%（图3）。

图4 为输出的光强分布图。

2.4 实验结果分析

从实验结果来看，系统输出的光功率较低，转换效率一般。可能是因为两个晶体在一起，无法单独调节及温控可能影响效率及稳定性。后续尝试两个晶体独立调节，独立控温，保证角度的匹配。其次实验中输出光中含有1064nm 和808nm 波长的光，可能影响后续工作。可以考虑增加两个45°532 反射镜进行过滤。

3 结论

研究并制作了一种以多单管光纤耦合的半导体激光器端面泵浦Nd：YVO4/KTP 输出连续532nm的激光器。在泵浦功率为30W 时，获得了稳定输出的绿光5.22W，光- 光转化效率为17.4%，并分析了一些转换效率低的原因。为今后大功率DPL 的研究提供一些参考。

图1 实验装置示意图

图2

图3

图4