探索LD泵浦单频结构设计

激光二极管泵浦固体激光器(DPSSL)具有高效、长寿命、全固化、热效应和体积小等优点，因而在光盘技术、激光打印、精密检测计量、激光探测和激光医疗等领域得到了广泛的应用。在众多的DPSSL中，激光二极管(LD)端面泵浦Nd：YAG激光器在工业中起着重要的作用并得到了广泛的运用，这主要归因干Nd：YAG晶体具有良好的机械和光学特性，而且端面泵浦具有良好的模式匹配，能获得基横模激光输出。本文通过分析双折射滤光片选频原理，采用半波片和偏振分光棱镜(PBS)共同构成的双折射滤光片以实现LD泵浦的Nd：YAG固体激光器单纵模运转。

1激光器工作原理

LD泵浦单频Nd：YAG激光器是基于“双折射滤光片”的原理实现选频。“双折射滤光片”由按布儒斯特角放置的平板玻璃(简称布氏片)和石英晶片组成。如图1所示。当光波以约57。的布儒斯特角入射，此时电场矢量在平面内的p波反射率为零，即经反射后只有S光。而透射光以P光为主，但也有少量S光。单布氏片的频率选能力有限，若几个布儒斯特片组合起来形成类似玻璃堆的结构，当光以57。入射时，反射光只有S光，经多次反射后，几乎透射光只有P光。偏振分光棱镜(PBS)就是基于布儒斯特片的原理，相当于一个“玻片堆”。石英晶体是一种双折射材料，为正单轴晶体。由菲涅尔定律可知，只有当其偏振方向与布儒斯特片的P偏振面重合时损耗才为零。对于光轴与晶面平行的石英晶片来说，当线偏振光通过时会分解为光e．和e，光，位相差5为=2nd(n．一n。，)／／t。。上式中，d为石英晶片的厚度；n，和n。，分别是由不同纵模分解的e．光和e，光在石英晶体中的折射率；为不同纵模在真空中的波长，5是波长(频率)的函数。不同频率下的纵模往返经过石英晶片时偏振方向会发生偏转，引起损耗。当5为的整数倍的光波往返通过石英晶片时，光波的偏振态不变，损耗最小，优先起振；若5不是的整数倍，则偏振态由线偏振变成椭圆偏振，当多次通过石英晶片时，由于损耗而被抑制掉，从而实现选频，这就是“双折射滤光片”的选频原理。

2激光器系统的组成

激光器实验系统装置所示，SML(SELFOCMicroLens)为自聚焦微透镜，Nd：YAG晶体作为激光介质，／2为石英半波片，半波片和偏振分光棱镜(PBs)构成了本系统中的双折射滤光片，oc为输出镜；PZT为压电陶瓷，用于微调腔长。由于双折射滤光片的损耗性选择，系统中最终只有偏振态与P偏振面重合的单频1064nm激光输出。偏振分光棱镜将腔内少量的P分量振荡光反射出腔，可以利用这部分反射光来观察激光的模式。用F—P扫描干涉仪和示波器观察输出光的模式，用功率计测量激光功率的大小。该实验系统中，LD选用海特光电有限责任公司型号为FLMM-0808-76l—1．5w的泵浦光源，中心波长808nm，大功率封装，SMA一905接口，无制冷，额定输出功率1．5W。该LD的光学参数是：光谱密度小于1．1nlTl，波长温度系数为0．3nm／℃；光纤参数是：光纤纤径为100m，光纤数值孔径为0．22，光纤长度1m。自聚焦透镜采用中国科学院西安光机所生产的l／4节距的自聚焦微透镜，尺寸为：2．6ram×6．5mm，中心折射率为1．65，分布常数为0．125mm-。数值孔径为0．6，对白光的透过率为91％。激光晶体采用福建物质结构研究所生产Nd：YAG晶体，其后端面镀有对波长1064nm光波全反(R>99．8％)，对波长808nm光波高透(T>95％)的双色介质膜，前端面镀有对波长1064nm光波的增透膜，以减少腔内损耗。主要参数是：尺寸3minx3mmxl0ram，通光方向长度为10ram，掺杂浓度为1．1％，对泵浦光的吸收系数为3．4cm一1。偏振分光棱镜(PBS)的尺寸为5mmx5mmX5mm(美国CVI公司生产)，波长为1064nm，P光透过率为99．6％，S光反射率为99．95％。／2波片为曲阜师范大学激光研究所生产的1064nm石英半波片，厚度为0．669mm，直径l0mm。输出镜为平凹镜，材料为K9玻璃，曲率半径为100mm，平面直径为l0ram，对1064nm光波的透过率为3．6％。

3激光器的结构

为了提高该系统的稳定性，减少外部干扰，需要对系统结构进行设计集成。为LD泵浦单频Nd：YAG激光器的结构为：l-LD尾纤；2一LD尾纤及自聚焦透镜架；3一自聚焦透镜；4一主壳体；5一Nd：YAG晶体；6一半波片；7一偏振分光棱镜(PBS)；8-输出镜；9一压电陶瓷；10一塑料垫圈；11一二维镜片调节架(OM-216)；l2一垫块(AS一95)；l3一外壳；14-绝缘底板；l5一螺钉；16-散热片；17一半导体制冷器(TEC)。压电陶瓷和输出镜胶接在一起，通过压电陶瓷的微小变化来调节输出镜。二维镜片调节架与垫块(AS一95)连接，一方面可以很方便地安装到其他调节或者光学平台上；另一方面可以将镜片中心高垫高到需要的尺寸。

系统中的半导体制冷器采用天津市精易工贸有限公司生产的型号为TEC一3105，最大电流(A)：5．0A在TH=27℃时，最大温差(℃)：67℃；最大电压(V)：3．75V}最大产冷功率(w)：10．5w；尺寸LBH(mm)：20minx20mm×4．0ram。4结语通过对LD泵浦的Nd：YAG固体激光器结构的设计，使其能够稳定的工作，实现单频运转。整个激光器的结构尺寸为130ramX66ramX78mm。