准三能级固体激光器中激光介质长度优化*

王垚廷,时文嘉,张艳超

(西安工业大学 理学院,西安 710021)

依照激光原理可知,相同激活粒子的激光介质中准三能级激光系统实现的受激辐射波长较四能级激光系统短。以掺钕(Nd)激光介质为例,其准三能级受激辐射波长在900 nm波段,而四能级系统在1 060 nm波段。900 nm波段的激光器可以应用于水蒸气探测,测量臭氧差分吸收激光雷达,掺镱激光介质泵浦源以及通过倍频得到蓝光激光器等方面。文献[1]研究结果表明,激光二极管端面泵浦掺Nd激光介质实现的准三能级全固态激光器是目前获得900 nm波段激光器的最有效方法。Nd:GdVO4晶体作为一种比较新型的激光介质,相对目前较成熟的掺Nd激光介质Nd:YAG和Nd:YVO4,其在泵浦吸收效率及热导率方面有着明显优势[2-3]。另外,Nd:GdVO4激光晶体在900 nm波段的受激辐射截面为6.6×10-20cm2,明显高于Nd:YAG (4.8×10-20cm2)和Nd:YVO4(3.7×10-20cm2)[3]。因此,Nd:GdVO4激光晶体是实现900 nm波段受激辐射的理想选择。

很多国内外学者开展了关于激光二极管端面泵浦准三能级激光器的研究。早在1987年,斯坦福大学的研究人员就以Nd:YAG为例给出了准三能级激光器运转的速率方程[4]。文献[5]将能量传输上转化效应引入准三能级激光系统的速率方程,并得到实验验证。能量传输上转换效应是指处于激光上能级的任意两个粒子,其中一个向较低能级跃迁,同时释放能量；另一个粒子吸收该能量,从而跃迁到较高能级,然后两个粒子快速地以无辐射跃迁的形式分别到达基态和激光上能级。从高能级向低能级无辐射跃迁的过程会将两能级之间的相对能量全部转化为热量[6-7]。……