Compact high-efficiency 100-W-level diode-side-pumped Nd:YAG laser with linearly polarized TEM_00 mode output

Abstract

We present a compact high-efficiency and high-average-power diode-side-pumped Nd:YAG rod laser oscillator operated with a linearly polarized fundamental mode. The oscillator resonator is based on an L-shaped convex-convex cavity with an improved module and a dual-rod configuration for birefringence compensation. Under a pump power of 344 W, a linearly polarized average output power of 101.4 W at 1064 nm is obtained, which corresponds to an optical-to-optical conversion efficiency of 29.4%. The laser is operated at a repetition rate of 400 Hz with a beam quality factor of M(2)=1.14. To the best of our knowledge, this is the highest optical-to-optical efficiency for a side-pumped TEM(00) Nd:YAG rod laser oscillator with a 100-W-level output ever reported.

82 kW high beam quality quasi-continuous-wave face-pumped Nd:YAG slab amplifier

“…Most of the high beam quality lasers operated at average power less than few hundred watts [7][8][9]. However, after reaching the average power level between several hundred watts to a few kilowatts, it was difficult to obtain a QCW laser with good beam quality from a simple oscillator configuration due to the thermal effects for solid-state lasers, and the thermal and nonlinear optical effects for fiber lasers [10][11][12][13].…”

Laser de Nd:YAG de alta potência, estabilidade e qualidade de feixe

“…Apesar disso, alguns esquemas já conhecidos, continuam sendo os mais utilizados para compensar a birrefringência. A forma mais utilizada no caso de bastões do Nd:YAG é o uso de uma placa de λ/2 entre dois bastões combinada com a inserção de um polarizador para obtenção de polarização linear [11,25]. O mesmo vale quando se trata de um único bastão intracavidade e neste caso uma placa de λ/4 é inserida assim como um elemento polarizador [38,39].…”

“…Xu et al utilizando um arranjo com polarizador e compensação de birrefringência atingiu a maior eficiência óptica até o momento encontrada na literatura, para um feixe polarizado em modo TEM00 na faixa de 100 W usando dois bastões de Nd:YAG [11]. O mesmo tipo de otimização é válida mesmo quando se trata de um bastão cerâmico de Nd:YAG [41].…”

Ressonadores dinamicamente estáveis de com meio ativo birrefringente de Nd:YAG

“…Ao se fazer a curva de potência máxima de saída do laser em função da temperatura se encontra o ponto com a máxima potência absorvida total para cada módulo. Em alguns trabalhos que utilizam módulos que são construídos pelos próprios pesquisadores, é possível aumentar bastante a eficiência de absorção ao se escolher cuidadosamente os diodos, como por exemplo em [71,72].…”

“…Analisando-se o brilho dos feixes obtidos (potência de saída dividida pelo fator de qualidade ao quadrado) se obtém 270 W/(mm 2 mrad 2 ) e 464 W/(mm 2 mrad 2 ) para o laser polarizado com janela de Brewster e com o TFP, respectivamente, sendo mais que o dobro se comparado aos resultados da literatura (207 W/(mm 2 mrad 2 ) [54,78]). Outros lasers da literatura com maior potência linearizada não utilizaram módulos comuns, sendo que Xu et al [71] obteve 101.4 W com M 2 =1.14 no regime quasi-cw utilizando módulos com bastões especiais roscados externamente para melhorar a transferência de calor e utilizava diodos cuidadosamente escolhidos e Konno et al [72] obteve 105 W com M 2 =1.08 utilizando módulos de construção complexa onde a radiação proveniente dos diodos era acoplada a guias de ondas que a transportava para o interior de uma cavidade difusa onde ocorria o bombeamento do bastão. Durante a operação era possível selecionar a direção de circulação através da rotação da placa de onda.…”