摘 要：橙光激光器是可见光激光器研究领域中的研究热点。本文提出了橙光激光器的和频模组系统小型化的研究。泵浦源选用LD，谐振腔设计为平-凹腔，通过利用KTP晶体作为非线性晶体，建立激光和频模组系统，实现橙黄激光的稳定输出。
关键词：激光；KTP；变频技术
中图分类号：TN304 文献标识码： A 文章编号： 2095-8595（2017） 02-016-03
电子科学技术 URL： http：//.cn DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2017.02.005
Abstract： Orange laser is a hot spot in the field of visible laser research. Orange laser is proposed in this paper the study of the frequency conversion module system miniaturization.Laser frequency conversion module， the system selects the LD as pump sources are used， the resonator design for flat - concave cavity， through the use of KTP crystal as a nonlinear crystal， orange the stability of laser output.
Key words： Laser； KTP； Frequency Conversion Technology
引言
橙黄光激光应用特别广泛，在生物医学、美容等方面，尤其是眼科及皮肤科，主要原因是血红蛋白对橙黄光激光的吸收率高，所以多采用波长在560nm～600nm的橙黄激光器。在生物醫学、医疗美容、信息存储、军工、大气遥感等方面有广泛的应用。在军事信息上，可探测与识别军事作战目标，还可以应用为激光导引星。在灯光舞美方面，橙黄光激光广泛的应用于舞台灯光设计、城市夜景照明等民用设施中。就当前应用前景来看，在可见光激光器研究领域中，橙黄光激光器的研究已成热点[1，2]。
1 橙黄光激光发展简述
最早为了得到橙黄光激光采用的是能耗高、稳定性差的燃料激光器，并且由于大多数燃料还有毒，容易留下安全隐患，后来就很少采用这种方法。现如今，激光二极管技术得到了快速的发展，并且随着激光倍频晶体的多样化，使得半导体泵浦的固体激光器得到了长足的发展，同时非线性频率变换技术也不断完善[3，4]。
半导体泵浦全固体激光器主要采用下面4种方法获得波长为560nm～600nm的橙黄光激光：第一种方法，直接抽运发射黄光的激光材料。第二种方法，输出波长为532nm的激光器抽运970nm种子注人光参量放大器产生589nm橙黄光激光。第三种方法，喇曼激光器利用倍频晶体倍频输出橙黄光激光。第四种方法，掺钕离子激光器中1064nm和1342nm两束激光束的和频产生橙黄光激光。本文采用的就是第4种方法。
在对非线性光学效应的唯像描述中，将非线性光学介质中电极化强度P展开为外光场E的幂级数形式[5]，即
（1）
有两列频率不同的平面波达到位相匹配，如（2）、（3）所示，
（2）
（3）
则有
（4）
三波互作用的稳态耦合波方程，设三个波的复振幅为
（5）
（6）
（7）
三波共线相位匹配，并引入慢变振幅近似
令 为有效
非线性极化率。
耦合波方程如下：
（9）
（10）
（11）
一般情况下，考虑到晶体的电导率 （n =1，2，3），则耦合波方程为：
（12）
（13）
（14）
式中 为损耗系数。如果Kleinman近似关系成立，则有
（15）
2 实验装置及结论
为了获得优质的橙黄激光输出模式，首先对激光器的整体结构进行设计，突出谐振腔的设计和晶体的选择。依据激光原理，采用腔内和频技术，使激光器结构紧凑，体积小巧，实现激光稳定的输出。由于磷酸钛氧钾晶体（KTiOPO4，简称KTP晶体），具有较大的非线性系数、大的允许角、大的走离角和大允许温度，抗热冲击能力好，机械强度适中，不潮解等优点，采用KTP晶体作为激光晶体。最后，运用Solidwords制图软件，对整体机械结构进行设计。
如图1所示，实验主要装置的基本示意图，在实验中采用掺钕钒酸钇（Nd3+：YVO4）腔内和频的方式来获得593.5nm的橙黄激光。脉冲Nd3+：YVO4 激光器的谐振腔采用平-凹腔设计。整体橙光激光器的外观结构为圆柱体，总长度为48mm，直径为12mm，可实现小型化便携式的目标。依据激光器的整体设计，进行加工组装，并输入不同泵浦功率，进行激光器的调试，对光束质量及稳定性等进行测试，得到了较好的实验效果。
结论如下，本实验得出采用了808nm的LD做为激光系统的泵浦源，激光工作物质选用掺钕钒酸钇（Nd3+：YVO4），和频晶体采用KTP晶体，通过平凹镜（输出镜）组成激光谐振腔，从而产生了TEM00模式的593.5nm的橙黄激光，并且光束质量好。当泵浦源功率为500mW时，可达最佳输出功率为4.92mW。
3 结语
橙光激光器随着市场需求的不断增多，整体器件低成本和小型化的研究逐渐成为主要研究方向。本文从激光变频理论出发，用KTP晶体作为和频晶体，谐振腔采用平-凹腔设计，整体激光器的总长度为48mm，最终实现了593.5nm橙黄激光的稳定输出，当泵浦源功率为500mW时，输出功率为4.92mW。
基金项目：
大庆市指导性科技计划项目（zd-2016-015）。
参考文献
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