高功率巨脉冲输出可调谐金绿宝石激光器及其倍频研究

金绿宝石激光器是一种新型的可调谐固体激光器，它具有宽广的调谐范围、可以在室温下运行，支持脉冲或连续、调Q或锁模等方式操作。它的主要优势还包括低阈值，并且随着温度升高阈值会进一步降低。这些特性使得金绿宝石激光器在多个领域有着广泛的应用前景，因而受到了许多研究者的关注。在研究中，为了获取高功率巨脉冲输出，研究人员对泵浦参数、输出耦合等关键参量进行了最佳化调整，并利用LiIO_3晶体进行倍频，达到了9%的最大功率转换效率。 为了实现激光器输出的最佳化，除了要确保激光介质质量高之外，还需要调整器件结构来降低腔内损耗、提高泵浦效率和输出耦合。在泵浦参数的选择方面，重点考虑了灯棒尺寸与放电波形的匹配。实验中使用的金绿宝石棒尺寸为6.8mm x 65mm，通过选择合适的频闪灯泵浦和改进放电电路，提高了灯的利用率和灯的色温。采用小电容和高电压的放电方式，使得阈值较之以往的使用大电容、低电压和长脉冲灯的方式降低8倍。 在输出耦合方面，研究人员测试了不同曲率半径的凹腔以及不同输出反射率的输出片，发现单一凹腔在室温下虽然阈值低，但在高温下的表现与室温相反，这可能是由于热透镜效应。最终确定，在现有条件下，选择半径为10cm的凹腔较为合适。同时，通过比较不同输出反射率下的输出能量、泵浦阈值和斜率效率，确认最佳输出耦合系数为0.7到0.8。为了进一步改善输出特性，实验采用了特殊技术，在输出片上使输出特性接近矩形。 在调谐和Q开关方面，研究中尝试了棱镜、光栅和双折射滤光片等多种调谐元件。棱镜结构简单、成本低，但线宽较宽；光栅调谐时线宽窄，但衍射损失大，抗激光损伤能力差；双折射滤光片则可以提供较窄的线宽和较宽的自由光谱区，但加工和装配复杂。最终，实验中采用了ZFs棱镜和3.6mm厚的双折射滤光片组合调谐，这一组合方式既克服了单个棱镜线宽较宽的问题，也弥补了单个双折射滤光片自由光谱区较窄的不足。为了降低腔内损耗，调谐元件均以布儒斯特角放置，并且保证透过率高于95%。 Q开关使用了KD.P电光开关，该开关被密封在装有折射率匹配液的盒内，并在窗片上镀有增透膜。 在实验结果方面，静态输出设备在重复率1pps下工作时，没有插入元件时的静态泵浦阈值约为6J。在输入能量为196J的情况下，最大静态输出能量近600mJ，斜率效率为6%。在腔内插入ZFs棱镜后，输出波长可以从720nm连续调谐到780nm，调谐范围约600nm。这些结果表明，通过对关键参数的最佳化处理，金绿宝石激光器能够实现高功率、宽调谐范围的巨脉冲输出，具有重要的应用价值。