[其他]一種內腔倍頻YAG激光器的倍頻器

無效

• 申請號: 87212184
• 申請日: 1987-08-25
• 公開（公告）號: CN87212184U
• 公開（公告）日: 1988-06-08
• 發明（設計）人: 姚建銓;李昱;張大鵬;紀國勤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109
• 代理公司: 天津大學專利代理事務所
• 代理人: 張銳

本實用新型屬于激光器件技術領域。

使用磷酸氧鈦鉀晶體（KTiOPO₄，簡稱KTP）作為內腔倍頻元件，其綠光輸出水平近年提高很快，本發明人在1985年4月1日提出的一項中國專利申請（CN85101595）已有詳細論述。1984年，美國加州愛克希瑪公司（XMR Inc.）達到當時的最高水平，綠光（0.532μm）輸出20瓦（a）。本實用新型的目的在于改進常規倍頻器結構，使其中的KTP倍頻晶體處于最佳方位角和最佳長度運用，并對KTP晶體進行水冷卻，從而大幅度提高綠光輸出。

圖1是一個KTP晶體水冷卻裝置，（1）是KTP晶體，（2）和（3）是帶有中空水道的金屬塊，（4）是冷卻水進出口，（5）是薄層硅橡膠。金屬塊與晶體除兩個通光表面外的四個側面嚴密相貼，金屬塊接通冷卻水。為避免裝夾時劃傷晶體，在金屬塊與晶體之間放入一層硅橡膠襯墊，它既柔軟，又有較好的導熱能力。

KTP晶體按第二類相位匹配的最佳相位匹配角切割加工，θ＝90°，φ＝21.3°，θ是波矢方向與Z軸的夾角，φ是波矢方向在XOY平面上投影后與X軸的夾角。

二個通光表面鍍以對1.064μm和0.532μm的增透膜，由于溫度不同對晶體的折射率不同，所以最佳匹配方向隨溫度而變。為了在不同泵浦功率下能保持基本恒定的匹配方向，采用了KTP晶體通水冷卻的方案。

根據實驗結果，由于熱致雙折射等原因，一般YAG激光器的輸出特性具有一定程度的偏振分布，本發明人在雙燈泵浦下測得偏振度為30％。由雙軸晶體的倍頻理論求得，產生二次諧波的轉換效率A與基波場的兩個偏振分量的初始振幅比r，晶體長度1及基波場振幅E₀有關：

A（E₀，1，r）＝E22E20]]>

上式S_n為雅可夫橢圓函數，E₂為二次諧波光場振幅。

對于某一恒定的r值，隨1的增長，A隨之增加，最終達到一個飽和值，稱之為飽和轉換效率A_S，不過對于較大的E₀值，達到A_S較早。

由橢圓函數的性質可得：

從而得出曲線如圖2。

在一定基波強度時，A_S強烈依賴于r，只有當r＝0.976時，A_S可達極大值。基波偏振度越高，晶體方位角對倍頻效率的影響就越大，方位角的調整就越重要。當r＝0.976時，晶體的取向稱為最佳方位角，此時基波的兩個偏振分量分別為：

(E₀)/(1＋r²) ＝0.512E²₀及 (r²E²₀)/(1+r²) ＝0.488E²₀

如果YAG激光偏振度不為零，必然存在一個最佳的晶體方位，在此方位角時，YAG激光基波在晶體中e₁和e₂兩個方向上分量之比為0.976，這時可獲得最大倍頻輸出。

在實際運用中，先測出YAG激光（1.064μm）在額定泵浦水平下輸出的偏振分布，然后在做內腔倍頻實驗時，沿光軸旋轉KTP晶體，使倍頻輸出最大，此時即找到最佳方位角。所以，倍頻裝置應該安放在一個360°回轉裝置上。