第34卷第2期河北工业大学学报2005年4月V ol.34No.2
JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
April 2005
文章编号：1007-2373(2005)02-0005-04
孙孝冬1，刘
敏2，张
勇3，4，姚建铨4
（1.河北职工医学院物理教研室，河北保定071000；2.唐山学院基础课部，河北唐山063000；3.河北工业大学理学院，天津300130；4.天津大学精仪学院，天津300072）
摘要：研究了激光二极管（LD ）端面泵浦的全固态内腔倍频的单模运转的532nm 绿光激光器的腔型设计，以及获得最大输出功率的简单理论．并用LD 泵浦的Nd:YAG 内腔倍频激光器从实验上进行了验 证．为进一步进行自混合干涉实验奠定了基础．
关键词：LD 端面泵浦；单模；全固态内腔倍频；自混合干涉中图分类号：TN248.1文献标识码：A
Study on LD Pumped All-solid-state Inner Cavity Frequency-doubled Single-mode Green Laser
SUN Xiao-dong 1，LIU Min 2，ZHANG Yong 3,4，Y AO Jian-quan 4
(1.Physics Teaching Section,Hebei Medical College for Continuing Education,Hebei Baoding 071000,China;2.Department of Foundational Teaching,Tangshan College,Hebei Tangshan 063000,China;3.School of Science ,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;4.College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China )
Abstract ：Based on rate equations,we designed the cavity of LD pumped all-solid-state inner cavity frequency-doubled single-mode green laser (532nm ).Educed the basic theory of obtaining the maximal output power of the laser.And validated using LD pumped Nd:Y AG inner cavity frequency-doubled laser experimentally.The conclusions and the sample laser provided an experimental basic for self-mixing interference effect in LD pumped single-mode green laser.Key words ：LD side-pumped ；single-mode ；all-solid-state inner-cavity frequency-doubled ；self-mixing interference
0引言
小型化、全固态、高效率的单模连续运转的中小功率的蓝、绿激光器在光学数据存储、相干光通讯
以及新型的测量系统等领域有着广泛的应用前景．尤其是LD 泵浦的内腔倍频蓝、绿激光器更是以其结构紧凑、鲁棒、性能稳定而倍受青睐．近几年关于这方面的研究很多
[1-6]
，主要限于实验现象观察，但
是在理论上对最大泵浦功率等物理量的定量研究尚不多见．本文从速率方程出发，导出了单模运转时最大泵浦功率和腔参数之间的函数关系，并能对前人的工作进行定量分析．
1LD 泵浦的LD 泵浦的内腔倍频激光器单模连续运转的理论分析
对于连续运转的内腔倍频激光器，考虑到泵浦光与腔内激光强度在增益介质中随空间位置的变化，
假定只有第i 个纵模起振，内腔倍频激光器，对于理想的四能级系统，速率方程可写成如下形式[7]：
d
,
d
,
,,,,
,
(1)
国家财政拨款
收稿日期：2004-04-06
基金项目：国家自然科学基金资助项目（60278001）作者简介：孙孝冬（1971-），男（汉族），讲师．
6河北工业大学学报第34卷
d
=,
,d
,
,
为有源区反转粒子数密度；
，
为单位时间抽运到激光上能级的粒子数密度，
也就是单位体积的泵浦速率；,
¸ö×ÝÄ£µÄ¹â×ÓÊýÃܶȣ¬»ý·Öºó
ΪµÚ
姆拉迪奇
¸ö×ÝÄ£µÄÍù·µËðºÄ£»
µÄº¯Êý£¬¼¤¹â½éÖÊ
ÄÚµÚ
,
=cos +
(3)
激光器TEM
00模运转时，
=
2
,=c o s
婆罗多舞(4)
将式(4)代入式(1)和式(2)，从而得到
d ,
=
,
,
,
cos
(5)
d
=
,1
2
d
d exp exp
cos
(7)
d
=
1
2
d ,
为反转粒子数的线密度．将表示成腔内光强
的形式
梅森素数
=
，并记作
=
exp
遥望宋朝
=
(9)
式中
ｄ
２
ｃｏｓ２（１０）
ｄ
＝
1cos2d
=
,
2
exp
(12)
其中
,
d
d
7
孙孝冬，等：LD 泵浦的全固态内腔倍频单模绿光激光器的研究第2期
=
exp
*
1
1
(14)
式(13)中=为归一化强度．采用非线性近似，假设
，则反转粒子数可近似表达为：
=
exp
2
cos 2
cos 2
cos 2d
2
,1，把式(13a )代入式(15)，得到
2
1
2
=
£¬ËùÒÔ
2
只是受激发射截面的函数，其中为第i 个纵模与可能起振的第j 个纵模的波长差，为线型的半宽
度（FWHM ）．利用式(12)及，式(16)可简化为
１＋
１１（１７）
其中，
2
．式(17)就是连续激光器单模运转的理论判据．
2实验验证
实验中，用布氏板实现了LD 泵浦的Nd ：YAG/KTP 内腔倍频激光器的单模运转，实验装置如图1所示．从式(17)可看出，对各向同性激光介质，靠改变损耗就很容易实现单模运转．布氏板与KTP 一起构成Loyt 滤光器以实现损耗调制．
以激光器输入端为参考面，倍频效率最高时，腔内往返琼斯矩阵为2
sin
cos
，其中
2
+1
，为倍频晶体产生的相位延迟．
±
=
4
1=
2
cos 2
42
，
布氏板对起振偏振模产生的损耗为
±
Ϊ
8河北工业大学学报第34卷
板折射率n=1.45，板厚0.5mm，Nd：YAG晶体长3mm，吸收系数和荧光寿命分别为4.9cm-1和230
抗原表位·Ö±ðΪKTP的双折射率和长度，可算得=0.427r ad，
损耗差为±
<4.8
