高功率紧凑型Tm:YAG激光实验装置设计及参数分析

高功率紧凑型Tm:YAG激光实验装置如图1所示，主要由一个三向侧面抽运结构的激光模块和两个平面镜组成。激光模块包括三个LD Bar条（Focus Light, 美国）和一个Tm:YAG晶体棒。

晶体棒的尺寸为φ3 mm×74 mm，其中掺杂区域仅有36 mm，Tm3+的掺杂浓度（原子数分数）为3%。为了减少重吸收损耗[14]，棒两端各键合有19 mm未掺杂的YAG，并且端面均镀有2020 nm增透膜，以提高透过率。晶体棒被安装在内径为4.5 mm，厚度为1 mm的石英管中，通过冷却水带走晶体产生的热量。

LD Bar条呈120°中心对称分布环绕在一个内径为5.5 mm，厚度为0.5 mm的陶瓷漫反射器表面，每个Bar条直接安装在铜热沉上，冷却水流经热沉表面以控制Bar条温度。单个激光模块在最大驱动电流下能够提供的抽运功率约为660 W。 LD的快轴发散角为35°，其发光面与晶体棒轴线的距离设计为6 mm，这保证了几乎所有抽运光可以直接被晶体吸收，从而提高吸收效率。此激光模块采用了单通道水冷的结构设计，利用一个水冷机同时对LD Bar条和Tm:YAG晶体进行冷却。实验中LD Bar条和晶体棒的冷却水流量分别为4.5 L/min和8 L/min，冷却温度为12 ℃。

Tm:YAG具有两个吸收带，分别位于781nm和785nm附近[15]。我们选用的LD Bar条的中心波长在最大驱动电流下为780.5 nm，发射谱线的半峰全宽（FWHM）约为1.7nm，因此，可以在较大驱动电流变化范围内匹配Tm:YAG较宽的781nm吸收带，提高抽运效率。

谐振腔由两个平面镜组成，腔镜M1镀有2020 nm高反膜，M2为耦合输出镜，对2020nm波长的透过率为7.8%。两腔镜表面与晶体棒端面的距离均为7mm，总腔长为88 mm。