Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser

WU Jianhong; DU Shifeng; GAO Yun; WANG Hailong; CHEN Lingzhi; WANG Zhichao; BO Yong; CUI Dafu; PENG Qinjun

doi:10.37188/CJL.20230174

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Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser

Device Fabrication and Physics | 更新时间：2023-11-27

- Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 44, Issue 11, Pages: 2027-2032(2023)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室，北京　100190
  2.中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室，北京　100190
  3.中国科学院大学，北京 100049
  4.齐鲁中科光物理与工程技术研究院，山东济南　250000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Special Support Program for High⁃level Talents Science and Technology(SQ2022RA24910010);Chinese Academy of Sciences（CAS） Key Technology Talent Program
- DOI：10.37188/CJL.20230174
  CLC： TN248.1
- Received：27 July 2023，
  
  Revised：17 August 2023，
  
  Published：05 November 2023
- 稿件说明：
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吴健宏,杜仕峰,高昀等.紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器[J].发光学报,2023,44(11):2027-2032.

WU Jianhong,DU Shifeng,GAO Yun,et al.Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2027-2032.
吴健宏,杜仕峰,高昀等.紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器[J].发光学报,2023,44(11):2027-2032. DOI： 10.37188/CJL.20230174.

WU Jianhong,DU Shifeng,GAO Yun,et al.Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2027-2032. DOI： 10.37188/CJL.20230174.

摘要

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2 μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管（LD）侧面泵浦激光模块，提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构，包含单个激光模块，几何腔长为88 mm，整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却，在冷却温度为12 ℃条件下，获得了最高功率为119 W、波长为2.02 μm的激光输出，光⁃光转换效率为19.6%，斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h，功率波动小于1％，晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得

和

方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2 μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

Abstract

We report a compact， high-efficiency， and high-power 2 μm rod-type Tm∶YAG laser. By optimizing the design of the threefold laser diode （LD） side-pumped laser module structure， the pump power density inside the crystal rod was increased. The laser resonator adopted a flat-flat cavity configuration， incorporating a single laser module， with a geometric cavity length of 88 mm and the complete laser structure was simple and compact with small footprint. The laser module was cooled by a water chiller， under a crystal cooling temperature of 12 ℃， we obtained a maximum output power of 119 W at a wavelength of 2.02 μm， with an optical-to-optical efficiency of 19.6% and a slope efficiency of 32.7%. The laser can operate stably for 2 hours at maximum output power with power fluctuations below 1%， and no water condensation was observed on the crystal end faces and optical element surfaces. The measured beam quality factors in the

and

directions were 21.01 and 21.68， respectively. This compact， reliable， and efficient hundred-watt level 2 μm laser is of great significance for applications in medical and scientific research.

关键词

Keywords

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