高重頻摻釹釩酸釔激光器雙程放大理論研究

高 恒，榮克鵬，李曉峰，彭 春，賈 凱,高 軍

(西南技術物理研究所，成都 610041)

引 言

高重頻、窄脈寬、高平均功率調Q固體激光器在科研領域和工業應用領域有著廣泛的應用，如工業加工[1-4]、激光3維成像[5-9]、激光測繪[10-11]、非線性光學[12]等。Nd∶YVO4晶體具有較短的熒光壽命、較大的受激發射截面和良好的保偏特性，特別適合作為高重頻、窄脈寬種子激光放大級的增益介質。由于種子激光的脈沖能量較小，單程放大效果較差，可以通過雙程放大的形式提高抽運功率的提取效率。

國內外在Nd∶YVO4晶體作為放大級使用方面已開展了大量的研究[13-17]。其中，PEARCE和IRELAND等人在理論上分析了Nd∶YVO4晶體雙程放大過程[13]；2011年，HUANG等人采用連續端面抽運Nd∶YVO4主振蕩放大器結合傳統的聲光調Q技術，實現了重復頻率10kHz～50kHz、最大輸出功率5.8W、脈寬7ns～19ns的基模脈沖輸出[14];2016年，清華大學LIU等人報道利用878.6nm激光二極管(laser diode，LD)作為抽運源，在種子激光注入功率45.5W的情況下，通過兩級Nd∶YVO4單程放大，實現了120.8W激光輸出，脈寬約為45ns[15]。

本文中設計了一種適合于高重頻、低功率種子激光的高效雙程放大系統，利用a切型Nd∶YVO4晶體的放大特性，采用法拉第隔離器作為選偏器件，使得種子激光的偏振方向在Nd∶YVO4放大級內一直平行于晶體c軸，實現高效放大。

1 雙程放大結構

Nd∶YVO4晶體是單軸晶體，屬于四方晶系結構。Nd∶YVO4晶體普遍采用a軸切割方式，這樣的優勢在于晶體的π偏振方向(∥c軸)的受激發射截面較大，便于實現較高的斜率效率和良好的放大效果；同時，其熒光壽命較短且在受熱工作情況下，幾乎不會產生退偏現象，具有良好的保偏特性，因此特別適合用于連續激光或高重頻準連續激光的放大過程?！?br>