Nghiên cứu và phát triển hệ laser rắn Nd: YVO4 được bơm bằng laser diode công suất cao

Nguyễn Văn Hảo và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 13 - 16

13

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LASER RẮN Nd: YVO4

ĐƯỢC BƠM BẰNG LASER DIODE CÔNG SUẤT CAO

Nguyễn Văn Hảo

1, 2,*, Nguyễn Thị Khánh Vân1

,

Hà Thị Thùy1

, Lê Thị Kim Cương2

1

Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên

2 Trung tâm Điện tử Lượng tử – Viện Vật lý (VAST)

TÓM TẮT

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các đặc trưng hoạt động của laser rắn Nd:YVO4 tại bước

sóng 1064 nm, được bơm bằng laser diode có công suất cao. Trong chế độ phát liên tục, laser rắn

Nd:YVO4 có thể đạt được một vài Oát (W), với hiệu suất chuyển đổi quang ~ 20,5 % và trong chế

độ Q-switching thụ động có thể phát xung ngắn 61 ns tương ứng với tần số xung lên tới 700 kHz

nhờ tinh thể hấp thụ bão hòa Cr4+:YAG (độ truyền qua ban đầu 90 %) đặt trong buồng cộng

hưởng, với hiệu suất trên 6 %. Sự phụ thuộc của công suất trung bình, độ rộng xung và tần số lặp

lại vào công suất bơm trung bình cũng được đưa ra trong cả hai chế độ hoạt động.

Từ khóa: Laser rắn Nd:YVO4, laser diode công suất cao, Q-switch thụ động, Tần số lặp lại cao.

MỞ ĐẦU

*

Trong các môi trường hoạt chất ở 1064 nm,

tinh thể Nd:YVO4 được xem như là một môi

trường hứa hẹn của các laser rắn được bơm

bằng laser bán dẫn bởi vì nhiều lợi thế, như

sự hấp thụ mạnh trên một dải bước sóng bơm

rộng, tiết diện phát xạ cưỡng bức hiệu dụng

lớn, mức pha tạp cho phép cao... Tinh thể

Nd:YVO4 a-cut có tiết diện phát xạ cưỡng

bức hiệu dụng ở 1064 nm (25.10-19 cm2

) cao

hơn cỡ 5 lần so với tinh thể Nd:YAG (6.10-19

cm2

), tuy nhiên nó lại có hệ số dẫn nhiệt kém

hơn đáng kể so với Nd:YAG [1]. Khi bơm ở

công suất cao (sử dụng các laser bán dẫn công

suất lớn), công suất của laser rắn bị giới hạn

bởi sự hình thành hiệu ứng thấu kính nhiệt

trong môi trường hoạt chất [2]. Ngoài ra,

năng lượng bơm tối đa cũng bị giới hạn bởi

hiện tượng nứt gãy do nhiệt của tinh thể laser

[3]. Do đó, việc tránh các hiệu ứng do nhiệt là

một nguyên tắc cực kỳ quan trọng khi thiết kế

hệ laser [4-12].

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các kết

quả nghiên cứu và phát triển hệ laser

Nd:YVO4 phát tại bước sóng 1064 nm, được

bơm bằng laser diode công suất cao ở bước

sóng 808 nm trong cả hai chế độ hoạt động

*

Tel: 0989348258; Email: [email protected]

liên tục và biến điệu độ phẩm chất thụ động

bằng tinh thể Cr4+:YAG (với độ truyền qua

ban đầu T0 = 90 %). Các kết quả cho thấy,

laser Nd:YVO4 có thể đạt được công suất

trung bình lên tới 1,63 W trong chế độ liên

tục và có thể đạt độ rộng xung ngắn nhất 61

ns và tần số cao nhất ~ 700 kHz trong chế độ

Q-switching.

THỰC NGHIỆM

Hình 1. Sơ đồ hệ laser Nd:YVO4 Q-switching

thụ động được bơm bằng laser diode

Hình 1 chỉ ra sơ đồ hệ laser Nd:YVO4 bơm

bằng laser diode. Nguồn bơm là laser diode

(ATC- Semiconductor Devices) phát ở bước

sóng 808 nm với công suất cực đại ở chế độ

liên tục là 8 W. Bước sóng phát của laser

diode có thể được thay đổi bằng nhiệt độ

nhằm chồng chập với cực đại phổ hấp thụ của