边泵浦Yb∶YAG平面波导激光器的进展

　　1 引言

　　平板波导激光器通过提供热透镜效应的一维控制以及通过增加导波增益区的宽度和长度进行功率缩放， 提供了介于大体积固体激光器和光纤激光器的中间条件。 平板波导激光器具有薄盘形激光器的某些优点， 例如利用泵浦到高功率密度的活性薄层可以得到良好的冷却。 以前的研究结果已经证明，采用未掺杂的 YAG 波导覆层， 这些优点在 100 W以上级 Nd∶YAG 激光器的 CW 与 Q 转换操作中也存在。 在低光束质量的二极管条波导中， 泵浦导向是不可能实现的。 因此， 我们利用横向面泵浦方法将光耦合到 200 μm 厚的芯上， 通过活性层在高反射泵浦腔内连续反射高达 20 次将光捕获。 多次泵浦是成功使用在薄盘形激光器概念中的类似技术， 但本研究的重点是得到垂直于激光轴的大面积均匀泵浦区。 在本方法中， 我们将 10 个二极管条通过狭缝直接耦合到平面平行泵浦腔中， 使无干涉光束形成光学系统。 使用大芯高波导允许 10 个二极管条有效泵浦， 并采用非稳腔中的外部反射镜来选择多模波导中的最低级横模。

　　面泵浦波导激光器的局限性在于沿着全内反射捕获路径由内部振荡引起的增益损耗， 这是所有矩形厚平板固体激光器的共同问题。 这种振动的阈值足以允许 CW 与几乎无影响地进行高重复频率的 Q转换， 如同正常激光器有效竞争引起的增益饱和一样。 问题主要出现在低调 Q 频率或在非饱和放大情况下进行高能量存储的时候。

　　近来， 我们感兴趣的是使用 Yb∶YAG 作为平板波导激光器的芯材料， 因为它既具有提供提高转换效率的潜力， 同时仍可使用大芯高与选择性非稳腔模式。 多次面泵浦要求很高的 Yb 掺杂浓度， 并且Yb∶YAG 的准四级性质需要能达到透明的功率密度，这是我们使用的非校准耦合二极管条所无法达到的。在 Yb∶YAG 薄盘形激光器的相似情况下， 利用多次聚焦的二极管光可以得到高功率密度。 因此， 本文主要探讨了单程边泵浦的情况。

　　2 最初的激光器结构与性能

　　本文介绍了在 1 mm 厚的两个蓝宝石覆层之间进行 2 %掺杂的 Yb∶YAG 平板波导激光器， 芯厚度150 μm。 波导截面为矩形， 13 mm 的抛光端面通过一个二极管条进行泵浦， 选择 6 mm 宽的激光端面用于提供良好的双程泵浦吸收。 其目的是利用复合非稳腔在波导与自由空间传播方向上吸收高光束质量的能量， 这在以前的 Nd∶YAG 平板波导中已经使用过。 大上下表面完全放置， 并且通过 In 薄片接触层使活性冷却区与水冷铜热沉片相连。 如图 1 所示，波导结构具有成一定角度的泵浦平面， 在器件的初始结构中， 相对的侧面与波导平面垂直， 而且利用近乎封闭的高反射镜提高双程泵浦， 如图 1 中的虚线所示。