复合Nd∶YAG晶体大功率1064 nm固体激光器研究

郝 旺,李 祎,高兰兰

(长春理工大学,吉林 长春 130022)

1 引 言

在固体激光器激光晶体的工作过程中,由于量子亏损、下激光能级与基态之间能差转化为热量、激光猝灭等原因会产生大量的热量,进而导致激光晶体内部温度分布不均匀,产生热透镜、端面热变形等效应。当泵浦功率输入稳定时,晶体内部便会形成稳定的温度场,引起晶体的热透镜效应,进而影响晶体折射率、限制激光器输出功率,影响Nd∶YAG激光器的性能[1]。通过键合技术将Nd∶YAG晶体键合成为复合晶体,构成激光器的谐振腔,这种激光器具有高集成、高可靠性和峰值功率高,光斑质量好等优点[2-3]。

本文采用三种不同结构的Nd∶YAG晶体,通过Comsol仿真软件对三种激光晶体在相同工作条件下的温度分布进行模拟[4],结合实验数据验证理论模拟的正确性,研究结果表明复合晶体的散热效果优于均匀掺杂Nd∶YAG晶体,激光器的输出功率提高50%,光斑质量也更优化。理论和实验结果表明,复合晶体在高质量大功率激光输出方面更加有利[5]。

2 Comsol模拟Nd∶YAG晶体温度分布

本研究使用的Nd∶YAG晶体有两种结构,一种为均匀掺杂Nd3+离子的Nd∶YAG激光晶体(如图1(a)所示),另一种为键合结构,即在均匀掺杂Nd3+离子的Nd∶YAG激光晶体两端利用扩散结合的方式键合3 mm的YAG晶体(如图1(b)所示)。由于YAG晶体对泵浦光无吸收,可以将复合晶体中的热量从掺杂部分扩散到非掺杂部分,再由制冷装置将热量散发,因此比均匀掺杂晶体的散热效果好很多,减少晶体的热膨胀,降低大量积累的热量对激光晶体折射率的影响[6]。……