准连续操作2.94μmer：YAG MIR-PAC激光器

可以操作Sheaumann的二极管激光泵浦2.94μmER：YAG miR-PAC激光产品^1,2在准连续波（QCW）脉冲操作模式中。该模式通常被称为正常模式或长脉冲操作，并且涉及激光器与脉冲持续时间一起操作，该脉冲持续性对于激光器具有足够的长度来达到其稳态操作条件。本文探讨了这种有用的操作模式的特征。

在其连续操作模式下MiR-PAC激光已被指定为0.75W在TEM中的输出功率下的操作₀₀模式梁（m²<1.2）具有17 mrad的典型光束分歧。虽然它在0.75W的输出功率下指定时，激光器通常能够以1W（图1）的输出功率以最大泵激光连续驱动电流额定值为6 A.

图1。2.94 μm MIR-Pac激光器输出功率与驱动电流的关系。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

使用二极管激光光学泵浦MIR-PAC激光器。该二极管激光器可以使用适当的驱动电流波形连续地脉冲或操作。使用具有上升时间<10μs的矩形电流脉冲驱动二极管激光器意味着相应的光学泵脉冲可以有效地产生超过激光阈值的群体反演。

达到激光阈值所需的有限构建时间导致初始群体反转密度大于阈值反转密度，当时激光开始。随后过量增益导致产生短的激光脉冲，耗尽人口反转。这个过程重复了几次。

这些初始激光脉冲通常称为增益切换。增益切换脉冲的产生迅速产生通常称为弛豫振荡的阻尼强度振荡。然后，随着强度达到稳态值（图2和图3）停止。

图2。QCW MIR-PAC激光输出（下迹线）和驱动电流波形（上部迹线），用于0 a至10a，2-ms持续时间电流脉冲，以100 Hz重复率。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

图3。QCW MiR-PAC激光输出（下迹线）和驱动电流波形（上部迹线）对应于图2的前0.5毫秒。图像信用：Sheaumann Laser，Inc。

一旦光学泵脉冲完成，大多数激光器将以单调的强度降低关闭。然而，MIR-PAC激光通过发射一系列衰减的弛豫振荡来关闭（图4）。由于增益介质的独特泵送动态，因此，这些振荡与QCW激光脉冲开始时的类型相同。^3,4.

图4。QCW MIR-PAC激光输出（下迹线）和驱动电流波形（上迹线），显示激光脉冲末端的弛豫振荡衰减。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

图5显示了一系列泵送动态。这里，6.4 ms寿命的较低激光水平（^4.一世_13/2）远远超过上激光水平的0.1毫秒寿命，（^4.一世_11/2）。这将导致自饱和，如果不是从较低激光水平的强度上升，它会耗尽其群体，同时提供大于Unity量子效率。

当激光关闭时，可以看到具有上升过程的一个问题。在这种情况下，^4.一世_11/2能级在泵浦脉冲结束后继续填充，导致一系列衰减的弛豫振荡的产生，类似于激光脉冲开始时的那些。图5展示了Er:YAG中发生这种情况时的能级动态。

图5。ER的能级图：YAG显示泵吸收和激光过渡。从较低的激光电平，4i13 / 2的上转换提供大于Unity量子效率。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

松弛振荡阻尼时间（τ_0.）理想的四级激光^5.是（谁）给的

这里，上激光电平（τ）的特性寿命通过阈值下的群体反转密度与增益介质的泵浦区域中的有源离子位置的总数的比率来修改。N_TH.N_T.并且光学泵送速率超过激光阈值的次数，W._P.W._P.那TH.。

可以清楚地看出，泵送较硬可降低松弛振荡阻尼时间，这是这种情况miR-PAC 2.94-μmer：YAG激光尽管其能级动态不与理想的四电平激光器相同。

在主泵浦脉冲缩短放松阻尼时间之前，将MiR-PAC激光器泵送在其激光阈值以下，几乎完全消除了积累时间延迟（图6）。MIR-PAC激光器的QCW操作的最理理想的脉冲驱动电流由连续偏置电流设定为连续激光阈值的连续偏置电流（通常为2a），以及较大的脉冲驱动电流。

图6。QCW miR-PAC激光输出（下迹线）和驱动电流波形（上部迹线），用于以100Hz重复率为100 Hz重复率的2 A至10A，2-MS持续时间电流脉冲。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

Peak drive current can be as high as the 15 A maximum permitted drive current of the diode pump laser, with the added restriction that the duty cycle corrected average MIR-Pac laser output power is not higher than the specified maximum operating power specified in the device’s test data sheet.

最终，MIR-Pac激光器的脉冲峰值功率能力受到与连续操作相同的热断裂机制的限制。对于目前的产品，这是规定0.75 W，典型的最大工作功率高达1 W(图1)。

因此，在7.5W W的重复率为10％-1ms脉冲处的占空比的相应推荐的峰值功率限制为10％-1 ms脉冲的占空比。

在实践中，标准MiR-PAC激光产品中的泵二极管激光器在实践中限于15A的最大驱动电流。这对应于在2.94μm处接近4W的峰值功率。

图7和8示出了在10个峰值驱动电流下QCW操作中最高为2.5 W峰值功率的数据。这是在产生高达600Hz的脉冲重复率的毫秒调节脉冲的同时发生，相应的脉冲能量高达约为〜5 mj（200 Hz的2 ms脉冲）。

图7。QCW激光性能以100Hz的固定脉冲重复率为8，驱动电流脉冲叠加在2个连续偏置电流上。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

图8。QCW激光性能在固定脉冲持续时间为0.5ms的8个驱动电流脉冲叠加在2个连续偏置电流上。图片信用：Sheaumann Laser，Inc。

这里，平均功率限制仅以50％的占空比达到，脉冲峰值高达2W。这些实施例中的相应脉冲能量为1 kHz。

用户必须谨慎确保用于向MIR-PAC激光器提供脉冲或连续驱动电流的任何电子器件不包括超过其内部泵二极管激光器的安全操作限制的任何正或负开关瞬变。不可能安全地施加负电压 - 连续或脉冲 - 激光。此外，正驱动电流 - 连续或脉冲 - 不应超过15 A.

根据脉冲调制格式的特定占空比，QCW操作下的MiR-PAC激光器的平均热负荷可能相当小于连续操作时的热负荷。因此，泵二极管激光器工作波长将从最佳泵浦波长漂移。

在QCW操作下，用户可能需要改变温度设定点MIR-PAC激光器的泵二极管激光器为了实现其特定脉冲调制格式的最大平均值和峰值输出功率。

虽然可以通过使用短的持续时间泵脉冲隔离在松弛振荡的开始时发现的第一增益切换激光脉冲，但是该方法不被认为是产生短持续时间输出脉冲的可靠性手段。

第一增益开关激光脉冲的构建时间和下一个脉冲对驱动激光过程的自发排放条件的固定脉冲持续时间非常敏感。因此，第一和第二增益切换激光脉冲的时序抖动是在它们之间的时间间隔的顺序。

这些情况下的净导致是一种或偶尔甚至是两个脉冲的产生，具有数百纳秒的时序抖动。

参考文献

1. http://www.sheaumann.com.
2. D. Chen等，“二极管泵浦1-W连续波ER：YAG 3-μm激光器”。Lett。，24,385，（1999）。
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致谢

由来自Sheaumann L欧洲杯足球竞彩aser，Inc。的Gary Sousa和Josh Foster撰写的材料制作

这些信息来源于Sheaumann Laser, Inc.提供的材料。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问Sheaumann Laser，Inc。