2024年4月15日发(作者：丛寄真)
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第８卷第１２期２００８年６月
科学技术与工程
＠
Ｖｏ１．８ Ｎｏ．１２ Ｊｕｎｅ ２００８
１６７１—１８１９（２００８）１２—３３１３—０４
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００８ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＧｄＶＯ４水热法与熔盐法
ＫＴＰ腔内倍频绿光的对比研究
王如刚 陈朝峰 陈振强
（九江学院电子工程学院，九江３３２００５；暨南大学光电工程研究所 ，广州５１０６３２）
摘要报道了分别使用水热法和熔盐法的ＫＴＰ对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体倍频绿光的对比研究。通过理论分析和计算两种方法的
ＫＴＰ倍频效率与温度的关系，在实验中，＂３抽运功率为６．１１－ Ｗ时，水热法与熔盐法ＫＴＰ倍频的Ｎｄ：ＧｄＶＯ 激光器输出绿光功
率分别为０．７ Ｗ、０．６３ Ｗ，光一光转换效率为１１．５％、１０．３％，并分析了转换效率不同以及偏低的原因。
关键词Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体 水热法ＫＴＰ 熔盐法ＫＴＰ 绿光激光器
中图法分类号ＴＮ２４５； 文献标志码Ａ
ＬＤ泵浦全固态绿光激光器由于具有体积小、寿
命长和稳定性好、光子能量高、转换效率高、水中传
输距离远、相对于人眼敏感等一系列优点¨Ｉ２ Ｊ，被
ＫＴＰ倍频绿光激光器。通过理论分析两种ＫＴＰ对
绿光转换效率与温度的关系，对比研究了二者对
１ ０６４ ｎｍ激光的变频情况及其差异，得到了稳定且
转换效率相对较高的绿光输出。
广泛应用于激光医学、信息存储、激光娱乐、水下通
信、激光光谱与全息、机场导航、海底形貌探测、激
光致盲武器等科学研究中。由于其高亮度和良好
１转换效率与温度的理论关系
根据水热法和熔盐法ＫＴＰ的色散方程，在Ⅱ类
的单色性特点，也使之成为彩色打印、激光电视中
三原色光源的有效选择之一。因此，研制开发高性
能的绿光激光器已成为世界各国激光产业竞相追
逐的目标。目前，获得绿色激光最有效的方式之一
相位匹配的基础上，通过ＭＡＴＬＡＢ编程，计算了两
种ＫＴＰ的倍频转换效率与控制温度的关系。它们
的色散方程以及温度函数与波长的关系如下。
（１）熔盐法Ｋ 的色散方程
ｎ （ ）＝３．００６５＋
ｎ
一
就是在腔内使用非线性晶体如ＬＢＯ、ＫＴＰ等倍频红
外激光波长，在倍频过程中最主要的是实现非线性
晶体的相位匹配 Ｊ。尤其是最近几年，有关ＬＤ泵
浦并利用ＫＴＰ进行腔内倍频获得基模绿光输出的
０．０１３２７Ａ
研究受到了广泛重视 Ｊ，然而，前期使用的倍频
；（ ）＝３．０３３３＋
一
０．０１４０８Ａ
晶体ＫＴＰ都是熔盐法生长的。
本次研究报道了ＬＤ端面抽运Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶
ｎ （ ）＝３．３１３４＋ 一０．０１６８２Ａ
体，在腔内分别使用我国水热法和熔盐法生长的
２００８年３月６ Ｅ１收到九江学院校级项目资助、广东省科技计划项目
（２００３Ｃ１０３０１７）和广州市科技攻关项目（２００６Ｚ３一ＤＯ１１１）基金资助
第一作者简介：王如刚（１９７５一），男，江西九江学院硕士。研究方
ｎ
（２）水热法ＫＴＰ的色散方程
）＝２．１１４６＋ －０．０１３２０Ａ２
；（ ）＝２．１５１８＋
）＝２．３１３６＋
一０．０１３２７Ａ２
－０．０１６７９Ａ２
向：光纤通信与光电子器件。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｒｇ３５０６＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ。
通信作者简介：陈朝峰（１９８２一），男，江西九江学院硕士。研究方
向：数字通信技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｚｆｄｅ＠１６３．ｔｏｍ。
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３３１４
×
０
×
科学技术与工程 ８卷
ＩＩ
０
１
ｌ１
０
５
便能够更好的比较在实际倍频过程中的差别。
３ ０
２实验装置
一一
一
０
一
２
ｆ Ｕｌｌ，ｚ×１０ ＝０．３８９６ｈ～一１．３３３０ｈ ＋２．２７６２ｈ ＋２．１１５１
ＫＴＰ对１ ０６４ ｎｍ波长为负双轴晶体，Ⅱ类相位
２ ２
实验中使用直腔结构，如图２所示，其中Ｎｄ：
ＧｄＶＯ 晶体尺寸为４ ｍｍ×４ ｍｍ×６ ｍｍ，掺杂浓度
∞
如
＋ ＋
匹配条件为：ｎ （２ｗ）＝÷［ｎ。（ｔ
ｌ ３
．Ｏ）＋ｎ （ｔ．Ｏ）］。式中，
如
和分别为慢光和快光的折射率，在人射光强度和人
射光频率一定的前提下，
＋ ｝
倍频效率可以表示为：７７＝
０ ０
ｚ 堡
，
其中：Ａｋ＝２７ｒ×［２ｎ （２ｗ）一
１７，。（ｔ．Ｏ）一１７， （ｔＯ．）］ 是相位失配量；Ｚ是ＫＴＰ的长
度；Ａ为基频光的光斑面积；ｋ为常量；Ｐ 为基频光
的光功率。
水热法和熔盐法对１ ０６４ ｎｍ激光的最佳相位
匹配角（０， ）分别为（９０。，２６。）和（９０。，２３．５。），由
以上公式，通过使用ＭＡＴＬＡＢ编程计算，可以推导
出倍频效率和温度关系的曲线图，如图１所示。从
图１中，可以看出水热法ＫＴＰ的高转换效率所在温
度是２２＿２５ｃＣＩ范围，最大转换效率的温度是２５￣Ｃ，
而熔盐法的ＫＴＰ是２３ ６ｃＩＣ范围，最大转换效率在
２３￣Ｃ。为了更好的比较，我们选取两者相同的转换
效率时的温度（２４．１ｃＩＣ）作为控制温度，我们以此温
度为基准通过ＴＥＣ芯片控温来控制，保障两种ＫＴＰ
在理论上对１ ０６４ ｎｍ激光具有相同的转换效率，以
～
—
／ ／ ，
、 ， ， ｒ
ｆ 熔盐ｔ４＂ｒｔ，ｆ 水热法Ｋ呻 ｆ
Ｙ： ｝４４６×ｌ
／
／
／
／
．．一 ．．
／／
／
／
ＫＴＰ温度／￣Ｃ
图１ ＫＴＰ倍频效率与温度的关系
为０．５％。结合对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体的热透镜效应分
析，通过ＭＡＴＬＡＢ编程计算谐振腔的最优腔参数是
腔长为８．０ ｅｍ，激光晶体距全反镜Ｍ 距离为１．５
ｅｍ，倍频晶体ＫＴＰ距输出镜Ｍ，的距离为０．５ ｅｍ，
抽运源采用武汉凌云光电有限公司生产的半导体
激光器。全反镜Ｍ 为平镜，镀１ ０６４ ｎｍ、５３２ ｎｍ的
全反膜和８０８．５ ｎｍ的增透膜（Ｔ＝７０．８％）；输出镜
Ｍ，为半径为１００ ｍｍ的平凹镜，镀上１ ０６４ ｎｍ的全
反膜和５３２ ｎｍ的透射膜（Ｔ＝７７．５％）。为了对比，
我们使用的两种方法生长的ＫＴＰ晶体尺寸均为
５ １ＴＩＩ／１ ｘ５ １ＴＩ１ＴＩ×１０ １ＴＩ１ＴＩ。我们使用ＴＥＣ进行冷却。
为了达到更好的致冷效果，把晶体用锡纸包裹放人
特殊加工的紫铜块调节架中并和ＴＥＣ控制芯片
连接。
拙一、 ７镜１●●＋●●Ｊ 输１卜１ 一．
曲
图２实验装置示意图
一
忙
３实验结果与讨论
如图３所示绿光输出功率与抽运功率的关系，
从中我们可以得到如下的结论。
（１）两种倍频晶体的绿光输出都随着抽运功率
的增加而增加，水热法与熔盐法激光器的抽运阈值
分别为０．１８ Ｗ、０．２５ Ｗ，此时由于没有热透镜效应
发生，其阈值可以看成是谐振腔的损耗与晶体的抽
运阈值，水热法与熔盐法激光器的损耗基本相同，
所以水热法ＫＴＰ的转换阈值低于熔盐法；
（２）随着抽运功率的增加，绿光功率迅速的增
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１２期 王如刚，等：ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＧｄＶＯ 水热法与熔盐法ＫＴＰ腔内倍频绿光的对比研究
８００
７００
６００
５００
褥
４００
丑
簿３００
２００
１ＯＯ
Ｏ
０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７
注入功率
图３输出功率与注入功率的关系曲线
加。但是，使用水热法ＫＴＰ倍频绿光的增加幅度要
大于熔盐法ＫＴＰ，在抽运功率为６．１ｌ Ｗ时，水热法
与熔盐法ＫＴＰ的倍频绿光输出分别为０．７ Ｗ与
０．６３ Ｗ，继续加大抽运功率，输出绿光的增加幅度
都在加大，此时的光一光转化效率分别是ｌ１．５％，
１０．３％，水热法ＫＴＰ的倍频绿光转换效率高于熔
盐法。
（３）同目前报导的有关使用熔盐法ＫＴＰ倍频
绿光对比 Ｊ，本次实验转换效率较低，主要原因是
由于镀膜工艺限制，我们的激光全反镜Ｍ．对８０８．５
ｎｍ的透过率仅为７０．８％，输出镜Ｍ，对５３２ ｎｍ的
透过率为７７．５％。
４结论
通过对水热法和熔盐法ＫＴＰ的转换效率与控
制温度关系的计算，得出两种晶体的最佳理论控温
区间。在实验中通过精确控制倍频晶体的温度和
谐振腔参数的优化，当ＬＤ抽运功率６．１ｌ Ｗ时，水
热法和熔盐法ＫＴＰ晶体对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体１ ０６４
ｎｍ激光倍频输出功率分别为０．７ Ｗ、０．６３ Ｗ，此时
的光一光转换效率分别为１１．５％，１０．３％，分析了激
光输出效率低的主要原因。通过对比，认为我国水
热法ＫＴＰ在抗损伤阈值、转换效率等方面同熔盐法
的ＫＴＰ比较具有一定的优势，为以后水热法ＫＴＰ的
生长以及大功率绿光激光器倍频晶体的选取提供
了依据。
致谢感谢国家特种矿物材料工程技术研究中心
（桂林）提供晶体方面的帮助和福建福晶公司对晶
体的加工
ｌ ２ 参３ 考文献 ４ ５ ６
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３３，１６ 科学技术与工程 ８卷
Ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｇｒｅｅｎ Ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ＬＤ－ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｆｌｕｘ Ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ
ＷＡＮＧ Ｒｕ—ｇａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈａｏ—ｆｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ—ｑｉａｎｇ
（Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＪｉｕＪｉａｎｇ ３３２００５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；
Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｊｉｎａｎ ５１０６３２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ＬＤ—ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４ ｃｒｙｓｔａｌ，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｆｌｕｘ
ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｉｓ ｉｆｒｓｔ ｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｂｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅｄ ｅｆ－
ｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｆｗｏ ＫＴＰ，ｗｉｔｈ ６．１１Ｗ ｐｕｍｐｅｄ ｐｏｗｅｒ，ＴＥＭ００ ｍｏｄｅ ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ ａｔ ５３２ ｎｍ ｏｆ ０．７ Ｗ
ａｎｄ ０．６３ Ｗ．ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ １１．５％ａｎｄ １０．３％．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ—
ｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｏｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏ—
ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｆｌｕｘ ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ ａｒｅ ｇｏｔｔｅｎ，ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｏｆｆｅｒ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔｏ ｎｅｘｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４
＼ ＼
＼ ＼
ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ＫＴＰ ｌｆｕｘ ＫＴＰ
＼
ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ
（上接第３３１２页）
表，２００５；４２（４７３）：５２— ４
参
１王丽霞，王
考文献
４苏红，张俊辉．利用ＦＰＧＡ内部ＤＬＬ实现数据时钟恢复．科学
慧，高军．星载超光谱成像技术应用及现状分析．
技术与工程，２００７；７（１８）：４７２０－－＂４７２２
５ Ｃｙｐｒｅｓｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ＥＺ—ＵＳＢ ＦＸ２ＬＰ ＵＳＢ Ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ｗｗｗ．
ｃｙｐｒｅｓｓ．ｏ０ｍ．２００６
航天返回与遥感，２０００；２１（１）：４０—４７
２ Ａｈｍｅｄ Ｓ Ｉ．Ｋｗａｓｎｉｅｗｓｋｉ Ａ．Ｏｖｅ￣ｉｅｗ ｏｆ ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｌｏｃｋ ａｎｄ ｄａｔａ
ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＩＥＥＥ ＣＣＥＣＥ／ＣＣＧＥＩ，２００５：１８７６—１８８１
６ Ａｈｅｒａ Ｃｏｒｐ．Ｃｙｃｌｏｎｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｎｄｂｏｏｋ．ｗｗｗ．ａｈｅｒａ．ｃｏｍ．２００７
３林长青，孙胜利．基于ＦＰＧＡ的多路高速数据采集系统．电测与仪
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ
Ｉｍａｇｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ
ＨＥ Ｈａｉ—ｂｏ，ＸＩＥ Ｘｉ—ｘｉ，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ—ｍｉｎｇ，ＬＩＵ Ｙｉｎ—ｎｉａｎ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８３，Ｒ．Ｐ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ ｓｅｔ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ａ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒｌａ ｉｍａｇｅｒ ｔｏ ａｃｑｕｉｒｅ，
ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｓｔｏｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｉｎ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｏｕｌ＇ｓｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ
ＦＰＧＡ，ＵＳＢ，ＬＶＤＳ，ＣＤＲ，８Ｂ／ｌＯＢ Ｃｏｄｅｃ，Ｐｉｎｇ—ｐｏｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ ｅｔｃ．Ｗｈｉｌｅ ｈａｖｉｎｇ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐ‘
ｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ａ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ・
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅｒ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ＦＰＧＡ ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ ｃｌｏｃｋ ｄａｔａ ｒｅｃｏＶｅｒｙ
2024年4月15日发(作者：丛寄真)
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第８卷第１２期２００８年６月
科学技术与工程
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Ｖｏ１．８ Ｎｏ．１２ Ｊｕｎｅ ２００８
１６７１—１８１９（２００８）１２—３３１３—０４
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００８ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＧｄＶＯ４水热法与熔盐法
ＫＴＰ腔内倍频绿光的对比研究
王如刚 陈朝峰 陈振强
（九江学院电子工程学院，九江３３２００５；暨南大学光电工程研究所 ，广州５１０６３２）
摘要报道了分别使用水热法和熔盐法的ＫＴＰ对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体倍频绿光的对比研究。通过理论分析和计算两种方法的
ＫＴＰ倍频效率与温度的关系，在实验中，＂３抽运功率为６．１１－ Ｗ时，水热法与熔盐法ＫＴＰ倍频的Ｎｄ：ＧｄＶＯ 激光器输出绿光功
率分别为０．７ Ｗ、０．６３ Ｗ，光一光转换效率为１１．５％、１０．３％，并分析了转换效率不同以及偏低的原因。
关键词Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体 水热法ＫＴＰ 熔盐法ＫＴＰ 绿光激光器
中图法分类号ＴＮ２４５； 文献标志码Ａ
ＬＤ泵浦全固态绿光激光器由于具有体积小、寿
命长和稳定性好、光子能量高、转换效率高、水中传
输距离远、相对于人眼敏感等一系列优点¨Ｉ２ Ｊ，被
ＫＴＰ倍频绿光激光器。通过理论分析两种ＫＴＰ对
绿光转换效率与温度的关系，对比研究了二者对
１ ０６４ ｎｍ激光的变频情况及其差异，得到了稳定且
转换效率相对较高的绿光输出。
广泛应用于激光医学、信息存储、激光娱乐、水下通
信、激光光谱与全息、机场导航、海底形貌探测、激
光致盲武器等科学研究中。由于其高亮度和良好
１转换效率与温度的理论关系
根据水热法和熔盐法ＫＴＰ的色散方程，在Ⅱ类
的单色性特点，也使之成为彩色打印、激光电视中
三原色光源的有效选择之一。因此，研制开发高性
能的绿光激光器已成为世界各国激光产业竞相追
逐的目标。目前，获得绿色激光最有效的方式之一
相位匹配的基础上，通过ＭＡＴＬＡＢ编程，计算了两
种ＫＴＰ的倍频转换效率与控制温度的关系。它们
的色散方程以及温度函数与波长的关系如下。
（１）熔盐法Ｋ 的色散方程
ｎ （ ）＝３．００６５＋
ｎ
一
就是在腔内使用非线性晶体如ＬＢＯ、ＫＴＰ等倍频红
外激光波长，在倍频过程中最主要的是实现非线性
晶体的相位匹配 Ｊ。尤其是最近几年，有关ＬＤ泵
浦并利用ＫＴＰ进行腔内倍频获得基模绿光输出的
０．０１３２７Ａ
研究受到了广泛重视 Ｊ，然而，前期使用的倍频
；（ ）＝３．０３３３＋
一
０．０１４０８Ａ
晶体ＫＴＰ都是熔盐法生长的。
本次研究报道了ＬＤ端面抽运Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶
ｎ （ ）＝３．３１３４＋ 一０．０１６８２Ａ
体，在腔内分别使用我国水热法和熔盐法生长的
２００８年３月６ Ｅ１收到九江学院校级项目资助、广东省科技计划项目
（２００３Ｃ１０３０１７）和广州市科技攻关项目（２００６Ｚ３一ＤＯ１１１）基金资助
第一作者简介：王如刚（１９７５一），男，江西九江学院硕士。研究方
ｎ
（２）水热法ＫＴＰ的色散方程
）＝２．１１４６＋ －０．０１３２０Ａ２
；（ ）＝２．１５１８＋
）＝２．３１３６＋
一０．０１３２７Ａ２
－０．０１６７９Ａ２
向：光纤通信与光电子器件。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｒｇ３５０６＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ。
通信作者简介：陈朝峰（１９８２一），男，江西九江学院硕士。研究方
向：数字通信技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｚｆｄｅ＠１６３．ｔｏｍ。
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科学技术与工程 ８卷
ＩＩ
０
１
ｌ１
０
５
便能够更好的比较在实际倍频过程中的差别。
３ ０
２实验装置
一一
一
０
一
２
ｆ Ｕｌｌ，ｚ×１０ ＝０．３８９６ｈ～一１．３３３０ｈ ＋２．２７６２ｈ ＋２．１１５１
ＫＴＰ对１ ０６４ ｎｍ波长为负双轴晶体，Ⅱ类相位
２ ２
实验中使用直腔结构，如图２所示，其中Ｎｄ：
ＧｄＶＯ 晶体尺寸为４ ｍｍ×４ ｍｍ×６ ｍｍ，掺杂浓度
∞
如
＋ ＋
匹配条件为：ｎ （２ｗ）＝÷［ｎ。（ｔ
ｌ ３
．Ｏ）＋ｎ （ｔ．Ｏ）］。式中，
如
和分别为慢光和快光的折射率，在人射光强度和人
射光频率一定的前提下，
＋ ｝
倍频效率可以表示为：７７＝
０ ０
ｚ 堡
，
其中：Ａｋ＝２７ｒ×［２ｎ （２ｗ）一
１７，。（ｔ．Ｏ）一１７， （ｔＯ．）］ 是相位失配量；Ｚ是ＫＴＰ的长
度；Ａ为基频光的光斑面积；ｋ为常量；Ｐ 为基频光
的光功率。
水热法和熔盐法对１ ０６４ ｎｍ激光的最佳相位
匹配角（０， ）分别为（９０。，２６。）和（９０。，２３．５。），由
以上公式，通过使用ＭＡＴＬＡＢ编程计算，可以推导
出倍频效率和温度关系的曲线图，如图１所示。从
图１中，可以看出水热法ＫＴＰ的高转换效率所在温
度是２２＿２５ｃＣＩ范围，最大转换效率的温度是２５￣Ｃ，
而熔盐法的ＫＴＰ是２３ ６ｃＩＣ范围，最大转换效率在
２３￣Ｃ。为了更好的比较，我们选取两者相同的转换
效率时的温度（２４．１ｃＩＣ）作为控制温度，我们以此温
度为基准通过ＴＥＣ芯片控温来控制，保障两种ＫＴＰ
在理论上对１ ０６４ ｎｍ激光具有相同的转换效率，以
～
—
／ ／ ，
、 ， ， ｒ
ｆ 熔盐ｔ４＂ｒｔ，ｆ 水热法Ｋ呻 ｆ
Ｙ： ｝４４６×ｌ
／
／
／
／
．．一 ．．
／／
／
／
ＫＴＰ温度／￣Ｃ
图１ ＫＴＰ倍频效率与温度的关系
为０．５％。结合对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体的热透镜效应分
析，通过ＭＡＴＬＡＢ编程计算谐振腔的最优腔参数是
腔长为８．０ ｅｍ，激光晶体距全反镜Ｍ 距离为１．５
ｅｍ，倍频晶体ＫＴＰ距输出镜Ｍ，的距离为０．５ ｅｍ，
抽运源采用武汉凌云光电有限公司生产的半导体
激光器。全反镜Ｍ 为平镜，镀１ ０６４ ｎｍ、５３２ ｎｍ的
全反膜和８０８．５ ｎｍ的增透膜（Ｔ＝７０．８％）；输出镜
Ｍ，为半径为１００ ｍｍ的平凹镜，镀上１ ０６４ ｎｍ的全
反膜和５３２ ｎｍ的透射膜（Ｔ＝７７．５％）。为了对比，
我们使用的两种方法生长的ＫＴＰ晶体尺寸均为
５ １ＴＩＩ／１ ｘ５ １ＴＩ１ＴＩ×１０ １ＴＩ１ＴＩ。我们使用ＴＥＣ进行冷却。
为了达到更好的致冷效果，把晶体用锡纸包裹放人
特殊加工的紫铜块调节架中并和ＴＥＣ控制芯片
连接。
拙一、 ７镜１●●＋●●Ｊ 输１卜１ 一．
曲
图２实验装置示意图
一
忙
３实验结果与讨论
如图３所示绿光输出功率与抽运功率的关系，
从中我们可以得到如下的结论。
（１）两种倍频晶体的绿光输出都随着抽运功率
的增加而增加，水热法与熔盐法激光器的抽运阈值
分别为０．１８ Ｗ、０．２５ Ｗ，此时由于没有热透镜效应
发生，其阈值可以看成是谐振腔的损耗与晶体的抽
运阈值，水热法与熔盐法激光器的损耗基本相同，
所以水热法ＫＴＰ的转换阈值低于熔盐法；
（２）随着抽运功率的增加，绿光功率迅速的增
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１２期 王如刚，等：ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＧｄＶＯ 水热法与熔盐法ＫＴＰ腔内倍频绿光的对比研究
８００
７００
６００
５００
褥
４００
丑
簿３００
２００
１ＯＯ
Ｏ
０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７
注入功率
图３输出功率与注入功率的关系曲线
加。但是，使用水热法ＫＴＰ倍频绿光的增加幅度要
大于熔盐法ＫＴＰ，在抽运功率为６．１ｌ Ｗ时，水热法
与熔盐法ＫＴＰ的倍频绿光输出分别为０．７ Ｗ与
０．６３ Ｗ，继续加大抽运功率，输出绿光的增加幅度
都在加大，此时的光一光转化效率分别是ｌ１．５％，
１０．３％，水热法ＫＴＰ的倍频绿光转换效率高于熔
盐法。
（３）同目前报导的有关使用熔盐法ＫＴＰ倍频
绿光对比 Ｊ，本次实验转换效率较低，主要原因是
由于镀膜工艺限制，我们的激光全反镜Ｍ．对８０８．５
ｎｍ的透过率仅为７０．８％，输出镜Ｍ，对５３２ ｎｍ的
透过率为７７．５％。
４结论
通过对水热法和熔盐法ＫＴＰ的转换效率与控
制温度关系的计算，得出两种晶体的最佳理论控温
区间。在实验中通过精确控制倍频晶体的温度和
谐振腔参数的优化，当ＬＤ抽运功率６．１ｌ Ｗ时，水
热法和熔盐法ＫＴＰ晶体对Ｎｄ：ＧｄＶＯ 晶体１ ０６４
ｎｍ激光倍频输出功率分别为０．７ Ｗ、０．６３ Ｗ，此时
的光一光转换效率分别为１１．５％，１０．３％，分析了激
光输出效率低的主要原因。通过对比，认为我国水
热法ＫＴＰ在抗损伤阈值、转换效率等方面同熔盐法
的ＫＴＰ比较具有一定的优势，为以后水热法ＫＴＰ的
生长以及大功率绿光激光器倍频晶体的选取提供
了依据。
致谢感谢国家特种矿物材料工程技术研究中心
（桂林）提供晶体方面的帮助和福建福晶公司对晶
体的加工
ｌ ２ 参３ 考文献 ４ ５ ６
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３３，１６ 科学技术与工程 ８卷
Ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｇｒｅｅｎ Ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ＬＤ－ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｆｌｕｘ Ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ
ＷＡＮＧ Ｒｕ—ｇａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈａｏ—ｆｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ—ｑｉａｎｇ
（Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＪｉｕＪｉａｎｇ ３３２００５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；
Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｊｉｎａｎ ５１０６３２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ＬＤ—ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４ ｃｒｙｓｔａｌ，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｆｌｕｘ
ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｉｓ ｉｆｒｓｔ ｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｂｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅｄ ｅｆ－
ｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｆｗｏ ＫＴＰ，ｗｉｔｈ ６．１１Ｗ ｐｕｍｐｅｄ ｐｏｗｅｒ，ＴＥＭ００ ｍｏｄｅ ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ ａｔ ５３２ ｎｍ ｏｆ ０．７ Ｗ
ａｎｄ ０．６３ Ｗ．ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ １１．５％ａｎｄ １０．３％．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ—
ｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｏｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏ—
ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｆｌｕｘ ｇｒｏｗｎ ＫＴＰ ａｒｅ ｇｏｔｔｅｎ，ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｏｆｆｅｒ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔｏ ｎｅｘｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ Ｎｄ：ＧｄＶＯ４
＼ ＼
＼ ＼
ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ＫＴＰ ｌｆｕｘ ＫＴＰ
＼
ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ
（上接第３３１２页）
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航天返回与遥感，２０００；２１（１）：４０—４７
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３林长青，孙胜利．基于ＦＰＧＡ的多路高速数据采集系统．电测与仪
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ
Ｉｍａｇｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ
ＨＥ Ｈａｉ—ｂｏ，ＸＩＥ Ｘｉ—ｘｉ，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ—ｍｉｎｇ，ＬＩＵ Ｙｉｎ—ｎｉａｎ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８３，Ｒ．Ｐ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ ｓｅｔ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ａ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒｌａ ｉｍａｇｅｒ ｔｏ ａｃｑｕｉｒｅ，
ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｓｔｏｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｉｎ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｏｕｌ＇ｓｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ
ＦＰＧＡ，ＵＳＢ，ＬＶＤＳ，ＣＤＲ，８Ｂ／ｌＯＢ Ｃｏｄｅｃ，Ｐｉｎｇ—ｐｏｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ ｅｔｃ．Ｗｈｉｌｅ ｈａｖｉｎｇ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐ‘
ｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ａ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ・
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅｒ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ＦＰＧＡ ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ ｃｌｏｃｋ ｄａｔａ ｒｅｃｏＶｅｒｙ