Cr:YAG º× D ÿ ¤= kõ u § T Ó Þ X ¢ T ~ ¾© 7 _T $ [ # bM Nd:YVO 4 7 _T $ [8 ý

(1)

Cr:YAG º× D ÿ ¤= kõ u § T Ó Þ X ¢ T ~ ¾© 7 _T $ [ # bM Nd:YVO ⁴ 7 _T $ [8 ý

¤ Ò Þ] k ù Q- üÈ S Ë

G Bg ` @ · + 2 ø ¶ B0 å · - ! H. > 0 ² ? · T ø ¶ B0 å ^∗

% ò

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , â í ß 712-749 (2006¸ 11 Z 4 9{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

í o f ¨ Ã º^ Ð Cr:YAG & ñ ` ¦ 6 x H s ¸× ¼ Y Us $ # l Nd:YVO

⁴

Y Us $ \ ¦ ] j % i .

s

Y Us $ H 0.6 % _ Nd ' ) a YVO

4

& ñ _ ª é ß \ ¿ ºa 3 mm Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

4

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç s 1 p q B | 9 ` ¦ 6 x % i . s כ ` ¦ 6 x ô Ç õ , & ñ \ " f_ \ P E $ Ý ¼ B Ä º × ¦ # Q[ þ t ¦,

\ P

\ _ ô Ç + þ A Û ¼à ÔY UÛ ¼ ¸ B Ä º y è < Ê` ¦ S X % i . Cr:YAG & ñ _ È Òõ Ö ¦ É r 80 % כ õ 90

% כ ` ¦ y y 6 x % i . Y Us $ Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦ ¸ 77, 81, 88, 94 %_ 4t Ð or v 9 Ø ¦§ 4

`

¦ ' a8 £ ¤ % i . y Cr:YAG & ñ õ Ø ¦§ 4 â ì ø Í Ö ¦ \ @ / # # l 6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 ` ¦ 10 W

t 7 £ x r v " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $ _ Ø ¦§ 4 õ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤, ` O Û ¼ ì ø Í4 ¤Ö ¦ 1 p x` ¦ 8 £ ¤& ñ

% i .

PACS numbers: 42.55.P , 42.55.X , 42.60.G

Keywords: Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A, Nd:YVO

4

Y Us $ , s ¸× ¼ # l Y Us $ , Cr:YAG

I. " e Â ] Ø

þ

j H _ Y Us $ > hµ 1 Ï É r è+ þ A o, Ä »t ÐÃ º þ j è o (maintenance free), ¦´ òÖ ¦ o\ ¦ t ¾ Ó ¦ e . s ¸

×

¼ Y Us $ Ð # l H ¦^ Y Us $ H ¦´ òÖ ¦, É r ß ¼ l

, B Ä º Z } É r Ø ¦§ 4 î ß & ñ $ í , © Ã º" î , ¦¾ ¡ §| 9 _ c ì r í 1 p x _

© & h ` ¦ t ¦ e l M :ë H \ s Qô Ç â ¾ Ó\ Â Ò½ + Ë 9 s

p Y Us $ _ Å Ò7 á x Ü ¼ Ð o ¦ e ` ¦ & ñ ¸ Ð > hµ 1 Ïs

' ÷ &% 3 [1-4].

s ¸× ¼ # l ¦^ Y Us $ \ H 5 Å q µ 1 Ï Y Us $ ü <

` O

Û ¼+ þ A Y Us $ e . ` O Û ¼+ þ A Y Us $ H n Û ¼e ¦ Y Us í ß

\ O

\ " f_ ITO J ' _ ç (patterning), Ä »o l ó ø Í ] X é ß , ì ø Í

¸^ è à Ôo b ç , ì ø Í ¸^ ( ç , ç H ~ ½ Ó# Q r Û ¼% 7 , _

< Æ u « Ñ, > 8 £ ¤ 1 p x _ # Q ì r \ " f ; ¤V , > 6 x ÷ & ¦ e

. ` O Û ¼+ þ A Y Us $ \ ¦ ë ß × ¼ H ~ ½ ÓZ O É r Q- Û ¼0 Ag A, ¸× ¼ 1 l x l

(mode locking)s @ /³ ð& h ~ ½ ÓZ O s . Q-Û ¼0 Ag A É r

¸ í(nanosecond) Ã ºï r _ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤` ¦ Y U s

$ ` O Û ¼\ ¦ ë ß × ¼ 9, ¸× ¼ 1 l x l H x ï í(picosecond) s

_ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤` ¦ Y Us $ ` O Û ¼\ ¦ ë ß × ¼ H X <

Å

Ò Ð s 6 x ÷ & ¦ e . Q-Û ¼0 Ag A ~ ½ ÓZ O \ H Ã º1 l x+ þ Aõ 0 p x1 l x + þ

As e Ü ¼ 9, 0 p x1 l x+ þ A\ H l F g < ÆZ O õ 6 £ § ¾ Ó F g < ÆZ O s e

. 0 p x1 l x+ þ A É r B Ä º î ß & ñ ÷ &> ` O Û ¼\ ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~ ´ Ã º e H

∗

E-mail: [email protected]

© & h s e t ë ß © u ¦s ¦ Â Òx ß ¼ H é ß & h s e

. Ã º1 l x+ þ A É r © u B Ä º è+ þ As ¦, Z > ¸_ F g < Æ è

9 כ ¹ t · ú §Ü ¼ 9, $ § 4 ¦, | ¦ ¦, s 6 x s B Ä º ç

ß ¼ # H © & h s e . Õ ª Q ` O Û ¼_ t 5 Å q r ç ß õ ` O Û

¼ s _ ç ß s Ô ¦ î ß & ñ ¦ כ ¹1 l x s d H é ß & h s e

. Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $ H Ã ºz mW / å L _ è+ þ A Y

Us $ Å Ò Ð > hµ 1 Ï÷ &# Q M ® o [5-7].

: r ½ ¨\ " f H B Ä º è+ þ As " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y U s

$ Ð+ H H Ø ¦§ 4 1 W\ î r Ø ¦§ 4 ` ¦ ` O Û ¼ + þ

A Y Us $ \ ¦ > hµ 1 Ïô Ç . Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A\ H í o f ¨ Ã º

^

\ ¦ 6 x ô Ç . í of ¨ Ã º^ Ð H Ò o èó ø Í, GaAs, Cr;YAG, LiF:F

₂

1 p x s ½ ¨÷ &# Q M ® o Ü ¼ 9 s × æ Cr:YAG & ñ s ©

è+ þ A_ & ñ ` ¦ 6 x ¦ ¸ © r ç ß Ø ¦§ 4 s î ß & ñ H d` ¦ Ðs

H כ Ü ¼ Ð · ú 9t ¦ e .[8-11] : r ½ ¨\ " f H Cr:YAG

& ñ ` ¦ 6 x # Q-Û ¼0 Ag A` ¦ r ¸ô Ç . Nd s : r s '

)

a Y Us $ & ñ Ü ¼ Ð © ¸ ú · ú 9 כ É r Nd:YAG s 9,

\ P

& h , l > & h : £ ¤$ í s B Ä º Ä ºÃ º . [5, 6] þ j H \ H

è+ þ A Y Us $ _ â Ä º f ¨ Ã º é ß & h õ Ä » ¸ ~ ½ ÓØ ¦ é ß & h s Nd:YAG Ð 8 ß ¼ ¦, f ¨ Ã º Û ¼& 7 à Ô! 3 _ ; ¤ s Nd:YAG

Ð 8 V , Ü ¼ 9, µ 1 Ï ë H) 3 s ± ú É r Nd:YVO

4

& ñ ` ¦ ´ ú § s

6 x ¦ e . Õ ª Q Nd:YVO

4

& ñ É r \ P & h : £ ¤

$ í

s Nd:YAG Ð å Ô 9, s Ð # ¦Ø ¦§ 4 Ü ¼ Ð µ 1 Ï

r v & ñ s õ ¸ô Ç \ P Ð ô Ç Û ¼à ÔY UÛ ¼_ 7 £ x Ð

< H ÷ & H é ß & h s e . s ° ú É r é ß & h ` ¦ F G4 ¤ l 0 A

-542-

(2)

Fig. 1. Diagram of a passive Q-switched Nd:YVO

4

laser and experimental setup.

#

Nd:YVO

4

& ñ _ ª é ß \ Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

4

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç 4 ¤ ½ + Ë & ñ (composite crystal)s > hµ 1 Ï÷ &% 3

. : r ½ ¨\ " f H s 4 ¤ ½ + Ë Nd:YVO

₄

& ñ ` ¦ 6 x # Cr:YAG & ñ \ _ # Q-Û ¼0 Ag A ÷ & " f ¦Ø ¦§ 4 \ " f 1 l x

H Y Us $ \ ¦ > hµ 1 Ï ¦ ô Ç . ¢ ¸ô Ç Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö

¦` ¦ or v " f ` O Û ¼ r ç ß ; ¤ õ Ø ¦§ 4 : £ ¤$ í ` ¦ y y 8 £ ¤

&

ñ # Ø ¦§ 4 â s s [ þ t \ p u H % ò ¾ Ó ¸ ¶ ú ( R Ð ¤ .

II. ÷ m Ç] M ö õ m Í + s ÇÊ Ý

Fig. 1 É r z ´+ « >\ 6 x ô Ç / B N l _ ½ ¨ ¸\ ¦ · p .

: r z ´+ « >\ " f 6 x ô Ç Nd:YVO

4

& ñ _ ß ¼l H 4 × 4 × 12 mm

³

s 9 Nd_ ¸i ç 0 l x ¸ H 0.6 at.% s (Onyx ).

¸i ç ) a Â Òì r _ U ´s H 6 mm s 9, ª é ß \ U ´s 3 mm_ Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

4

& ñ s Â Ò Ã Ì÷ &# Q e . s

&

ñ É r · û ª É r n ¹ ¡ § (indium) F K5 Å q ~ Ã Ì} Ü ¼ Ð y " f ½ ¨o

Ð ë ß H î r à Ô ? /\ ¶ ú { 9 % i . s ½ ¨o F | 9 _ î r à

Ô H { 9 & ñ ô Ç : r ¸ Ð ¸] X ÷ & H Í ty Ã º\ _ # Í ty ) a

. Nd:YVO

4

& ñ _ ¿ º É r 1064 nm \ @ /K " f H Á ºì ø Í

ïh As ÷ &# Q e . s & ñ ` ¦ # l H s ¸× ¼ Y Us

$

(Thomson CSF) H 600 µm _ f â ` ¦ F g$ 3 Ä » µ

1 Ï` ¦ : x # ² ú ) a . & h ü @ × ¼ (infrared card)\ ¦ s 6

x # ' a ¹ 1 Ïô Ç Y Us $ _ / B N ç ß & h ì r í H " é ¶+ þ As % 3 . F g

$

3 Ä »\ ¦ : x # : r s ¸× ¼ Y Us $ H F g$ 3 Ä »_ > h½ ¨ Ã

º (NA = 0.22)\ _ K & ñ ) a { 9 ^ y \ _ K " f ( 4 R ç

ß . S X í ß ) a c É r 5 cm _ í& h o \ ¦ ¨ î ^ ¦2 ¤ E $ Ý ¼

\

_ K ¨ î ' F g Ü ¼ Ð & ñ ï r ÷ & ¦ r 5 cm_ í& h o \ ¦

¨ î ^ ¦2 ¤ E $ Ý ¼\ _ K " f Nd:YVO

⁴

& ñ _ ³ ð \ | 9 5

Å

q ) a . Nd:YVO

⁴

& ñ ` ¦ * 3 i ç H X < 10 W_ s ¸× ¼ Y

Us $ Ø ¦§ 4 ` ¦ 6 x % i .

Y

Us $ { 9 § 4 â õ Ø ¦§ 4 â É r ¸¿ º ¨ î â s .

Nd:YVO

4

& ñ É r { 9 § 4 â \ " f 7 mm b # Q4 R e

Fig. 2. The variation of Nd:YVO

4

laser output as a func- tion of laser diode pump power for each output coupler with reflectivity of 77, 81, 88.94 %.

Ü

¼ 9, Nd:YVO

⁴

& ñ \ " f 3 mm b # Q / B M \ Cr:YAG

& ñ ` ¦ ¿ º% 3 . Cr:YAG & ñ (CASIX)_ ¿ ºa H 1 mm s 9, íl È Òõ Ö ¦ s 80 %s . Cr:YAG & ñ É r Nd:YVO

₄

& ñ ` ¦ t " f { 9 Â Ò f ¨ Ã º÷ &t · ú § É r # l 6 x

s ¸× ¼ Y Us $ ( © : 808 nm)\ ¦ f ¨ Ã º # : r ¸ © 5

p

x ô Ç . " f Cr:YAG & ñ ¸ Í ty Ã º\ ¦ f Ë 9" f : r ¸

\

¦ © : r \ î ß & ñ or ( . Cr:YAG & ñ õ Ø ¦§ 4 â s _

o H 9 mm s ¦ ^ / B N l _ U ´s H 40 mm s

% 3 .

s

Y Us $ _ \ -t ¨ 8 ´ òÖ ¦` ¦ ` ¦ o 9 / B N l _ µ

1 Ï ¸× ¼_ ì ø Í â õ # l 6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ ì ø Í â ` ¦ { 9 u

r v H כ s Ä »o . s / B N l _ TEM

⁰⁰

¸× ¼ f â

`

¦ LASCAD á Ô ÐÕ ªÏ þ ` ¦ s 6 x # > í ß % i [12]. s

¸× ¼ ì ø Í â ` ¦ > í ß 9 & ñ \ " f_ \ P E $ Ý ¼\ ¦ · ú ô Ç

. s LASCAD á Ô ÐÕ ªÏ þ ` ¦ 6 x & ñ \ " f f ¨ Ã º ) a

\ P

õ Õ ª\ ô Ç : r ¸_ ì r í, : r ¸_ o Ð #

&

ñ \ µ 1 ÏÒ q t H + þ A§ 4 1 p x` ¦ 1 l x r \ > í ß ½ + É Ã º e ¦ \ P E $ Ý

¼ ¸ > í ß ½ + ÉÃ º e . > í ß ) a \ P E $ Ý ¼\ ¦ s 6 x # TEM

⁰⁰

¸× ¼_ f â ` ¦ > í ß ô Ç õ , 470 mm s % 3 . # l 6 x Y U s

$ | 9 5 Å q ) a 0 Au \ " f º ú ± ú Å Ò Z O (knife edge scan) [13]` ¦ 6 x # # l F g _ f â ` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ 520 mm s % 3 Ü ¼ 9, s : r Ü ¼ Ð > í ß ô Ç ¸× ¼ ì ø Í â õ q 5 p w % i

. $ ¿ ºa 1 mm & ñ ¸_ · û ª É r Nd:YVO

4

& ñ ` ¦ 6

x # µ 1 Ï : £ ¤$ í ` ¦ r + « >K Ð ¤ . Õ ª Q s â Ä º\ H

s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 s 7 W\ ¦ Å Ü ¼ & ñ s L :# Q&

. t ë ß ª A á ¤ \ Nd \ O H YVO

4

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç â Ä

º H 10 W s © \ " f ¸ < H © ÷ &t · ú § ¤ .

5 Å q µ 1 Ï (CW: continuous wave)Ü ¼ Ð 1 l x H Y Us

$

_ : £ ¤$ í ` ¦ ¶ ú ( R Ð ¦, Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ô Ç õ ü < q §

(3)

Fig. 3. The variation of passively Q-switched Nd:YVO

₄

laser output as a function of laser diode pump power for each output coupler with reflectivity of 77, 81, 88.94 %.

Fig. 4. The temporal profile of passively Q-switched Nd:YVO

4

laser pulse.

K

Ðl 0 A # / B N l ? /Â Ò\ Cr:YAG & ñ ` ¦ ¿ ºt · ú § É r

© I \ " f # l 6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 \ É r Y Us

$

Ø ¦§ 4 ` ¦ ¶ ú ( R Ð ¤Ü ¼ 9 Õ ª õ H Fig. 2 \ ü <e .

Ø

¦§ 4 â É r ì ø Í Ö ¦ s " f Ð É r 4 > h_ Â Òì r ì ø Í â (77 %, 81 %, 88 %, 94 %) Ü ¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e # Q ì ø Í Ö ¦ \ É r Ø ¦

§

4 _ o\ ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e . Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦` ¦ ² ú o 9 CW Y Us $ _ Ø ¦§ 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ ì ø Í Ö ¦ s 77 % M

: © H Ø ¦§ 4 3.3 W\ ¦ % 3 % 3 Ü ¼ 9, s M : # l 6 x s

¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 É r 9.7 W s # Q" f 34 %_ ¨ 8 ´ òÖ ¦

`

¦ % 3 % 3 .

/

B N l ? /Â Ò\ Cr:YAG & ñ ` ¦ ¿ º Ø ¦§ 4 É r Fig. 3 \

: r ü < ° ú s _ 1/3Ü ¼ Ð » ¡ ¤ è÷ &% 3 . Ø ¦§ 4 É r Ø ¦§ 4 â ì

ø Í Ö ¦ s 81 % { 9 M :, þ j@ /s % 3 Ü ¼ 9, s M : 0.89 W\ ¦ % 3

%

3 . ¨ 8 ´ òÖ ¦ É r 9.2 % \ K { © ô Ç . CW Ð µ 1 Ï H

â

Ä º\ q # Y Us $ _ Ø ¦§ 4 É r Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦ \

Fig. 5. The variation of passively Q-switched Nd:YVO

4

laser pulse duration as a function of laser diode pump power for each output coupler with reflectivity of 77, 81, 88.94%.

Fig. 6. The variation of passively Q-switched Nd:YVO

4

laser pulse repetition rate as a function of laser diode pump power for each output coupler with reflectivity of 77, 81, 88.94 %.

o d K & . ì ø Í Ö ¦ \ _ > r$ í s ß ¼Ù ¼ Ð þ j& h _ ì

ø Í Ö ¦` ¦ 6 x K < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 .

/

B N l ? /Â Ò\ Cr:YAG & ñ ` ¦ V , ¦ s ¸× ¼ Y Us $

Ð # l r ( . Cr:YAG & ñ s [ þ t # Qç ß / B N l H 5 Å q µ

1 Ï s " 3 Æ Ò ¦ ` O Û ¼ µ 1 Ï s s À Ò# Q& . Fig. 4_ r ç ß

+ þ A\ " f Ð1 p w ` O Û ¼ s _ r ç ß & h ç ß , y ` O Û ¼_ ß ¼ l

, y ` O Û ¼_ ` O Û ¼ r ç ß ; ¤ 1 p x _ כ ¹1 l x s B Ä º d % i .

Ø

¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦` ¦ ² ú o 9 4t _ É r ì ø Í Ö ¦ y y

\

@ /K " f # l 6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 ` ¦ 7 £ x r v 9 ` O Û ¼_ ¨ î ç H Ø ¦§ 4 õ ` O Û ¼ r ç ß ; ¤, ì ø Í4 ¤Ö ¦ _ o\ ¦ 8 £ ¤

&

ñ % i .

` O

Û ¼ r ç ß ; ¤` ¦ ' a8 £ ¤ ô Ç õ H Fig. 5 \ ü < e . # l

6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ` O Û ¼ r ç ß

(4)

Ò q

ty ) a . Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦ s y è½ + ÉÃ º2 ¤ ` O Û ¼; ¤ É r 7 £ x

% i . s â Ä º\ ¸ / B N l _ < Hz ´s 7 £ x # ` O Û ¼ _

7 £ x; ¤Ö ¦ s y èô Ç õ Ð Ò q ty ) a .

` O

Û ¼ s _ r ç ß ç ß _ % i Ã º ` O Û ¼ ì ø Í4 ¤Ö ¦` ¦ 8 £ ¤& ñ ô

Ç õ H Fig. 6 \ ü < e . ì ø Í Ö ¦ s 81 % â Ä º

"

f { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Ð ¦ ) a Ã º kHz ∼ Ã ºz kHz Ð B Ä º 7 £ x

ô Ç õ s . # l 6 x Y Us $ _ Ø ¦§ 4 s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì ø Í 4

¤Ö ¦ É r 7 £ x % i . s ¸× ¼ Ø ¦§ 4 \ É r ` O Û ¼ ì ø Í4 ¤Ö ¦ _

7 £ x q Ö ¦ s ` O Û ¼; ¤ _ y è q Ö ¦ Ð ¸ À 1 Ï| Ã Û . y

` O

Û ¼_ ' ¿ º Ø ¦§ 4 ¸ s ¸× ¼ # l Ø ¦§ 4 _ 7 £ x \

"

f Ø Ô> 7 £ x % i .

III. + s Ç Â ] Ø

Ã

º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a s ¸× ¼ Y Us $ # l Nd:YVO

⁴

Y

Us $ \ ¦ ] j % i . & ñ _ ª é ß \ Nd ' î ß ) a YVO

₄

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç & ñ ` ¦ 6 x # \ P & h Û ¼à ÔY UÛ ¼\ ¦ y

èr ( Ü ¼ Ð+ 10 W_ Z } É r s ¸× ¼ # l Ø ¦§ 4 \ ¸

& ñ ` ¦ ¿ º# Q" f Ø ¦§ 4 : £ ¤$ í ` ¦ ' a8 £ ¤ % i . Y Us $ _ ¨ î ç H Ø

¦§ 4 É r 1/3 Ü ¼ Ð y è % i . ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤, ` O Û ¼ ì ø Í 4

¤Ö ¦` ¦ s ¸× ¼ # l Ø ¦§ 4 _ < ÊÃ º Ð ½ ¨ ¦ Ø ¦§ 4 â ì ø Í

Ö ¦` ¦ ² ú o 9 ì ø Í4 ¤ # 8 £ ¤& ñ % i . ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß

;

¤, ` O Û ¼ ì ø Í4 ¤Ö ¦ É r B Ä º H כ ¹1 l x` ¦ Ð% i . s כ ¹1 l x É r / B N

l Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦` ¦ ¸] X # ¸ y è t · ú § ¤ .

כ

½ ¨ í \ O " é Â Ò t % : G p' (' é n Û ¼e Y Us ]

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] Y. Hongru, Opt. Commun 204, 263 (2002).

[2] Z. Huaijin, L. Junhai, W. Jiyang, W. Changquing, Z. Li, S. Zongshu, M. Xianlin, H. Xiaobo, C. Y. T, J. Minhua, Opt and Laser Eng 38, 527 (2002).

[3] B. Jintao, C. Guofu, Opt and Laser Tech 34, 333 (2002).

[4] W. Zaengping, S. Lianke, Z. Shaojun, M. Xianlin, C. Ruiping, S. Zongshu, Opt and Laser Tech 33, 47 (2001).

[5] W. Koechner, Solid State Engineering (Springer, New York, 1999), Chap. 5.

[6] Richard Scheps, Introduction to Laser Diode- Pumped Solid State Laser (SPIE, Washington).

[7] A. E. Sigman, Lasers (Univ. Sci. Books, Mill Valley, CA 1008, 1986).

[8] Tae Moon Jung, Kwangsuk Kim, Heejong Moon, Jonghoon Yi, Chuljoong Kim and Jongmin Lee, Hankook Kwanghak Hoeji 9, 231 (1998).

[9] Yehoshua Kalisky, Progress in Quantum Electronics 28, 249 (2004).

[10] Jie Liu, Jimin Yang, Jingliang He, Optics and Laser Tech. 35, 431 (2003).

[11] Nocolaie Pavel, Jiro Saikawa, Sunao Kurimura and Takunori Taira, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 1253 (2001).

[12] http://www.las-cad.com.

[13] J. F. Ready, Industrial Applications of Lasers, 2nd

edition, (Academic Press Sandiego, 1997).

(5)

Passively Q-switched Diode-Pumped Nd:YVO ₄ Laser Using a Cr:YAG Saturable Absorber

Illhyun Park, Chonghoon Kwak, Jinhyuck Kwon and Jonghoon Yi

^∗

Department of Physics, Yeungnam University, Gyeongsan 712-749

(Received 9 November 2006)

A passively Q-switched, diode end pumped Nd:YVO

4

laser was developed. A Cr:YAG crystal was inserted in the cavity as a saturable absorber. The composite Nd:YVO

4

crystal had undoped YVO

4

crystal cap at each end of the crystal. Due to the undoped cap, the crystal showed stable output even at a pump diode power of 10 W. When the Cr:YAG crystal was inserted, the laser power decreased to one-third the power without the crystal. The pulse duration and the pulse repetition rate were measured, also. The pulse repetition rate ranged from 200 to 900 kHz, and it increased with increasing pump power. The peak power also increased with increasing pump power.

The fluctuations in the pulse repetition rate and the pulse duration were severe, so stable operation of the laser was needed.

PACS numbers: 42.55.P, 42.55.X, 42.60.G

Keywords: Passive Q switching, Nd:YVO

4

laser, Diode pumped laser, Solid state laser, Cr:YAG

∗

E-mail: [email protected]

Cr:YAG  º× D ÿ   ¤= kõ u § T  Ó Þ X ¢ T ~ ¾©  7 _T $ [ # bM Nd:YVO 4 7 _T $ [8 ý

Cr:YAG  º× D ÿ   ¤= kõ u § T  Ó Þ X ¢ T ~ ¾©  7 _T $ [ # bM  Nd:YVO 4 7 _T $ [8 ý



¤ Ò Þ] k ù Q-­  üÈ S Ë





 G  Bg ` @ ·  + 2 ø ¶ B0 å  · - ! H. > 0 ² ? · T  ø ¶ B0 å  ∗

% ò

z  @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ ,  â í ß  712-749 (2006¸  11 Z 4 9{ 9  ~ Ã Î6 £ §)



í o f  ¨ Ã º^  Ð Cr:YAG   & ñ `  ¦  6 x   H s  ¸× ¼ Y Us $  # l  Nd:YVO

Y Us $ \  ¦ ] j   % i  .

s

 Y Us $   H 0.6 % _  Nd '    ) a YVO

  & ñ _   ª é ß \  ¿ ºa  3 mm  Nd '  ÷ &t  · ú § É r YVO

 

& ñ `  ¦ Â Ò Ã Ìô  Ç s 1 p q B | 9 `  ¦  6 x % i  . s   כ `  ¦  6 x ô  Ç   õ ,   & ñ \ " f_  \ P E $ Ý ¼ B Ä º ×  ¦ # Q[ þ t  ¦,

\ P

\  _ ô  Ç   + þ A Û ¼à ÔY UÛ ¼ ¸ B Ä º y   è < Ê`  ¦ S X    % i  . Cr:YAG   & ñ _  È Òõ Ö  ¦ É r 80 %    כ õ  90

%    כ `  ¦ y  y    6 x % i  . Y Us $  Ø  ¦§ 4  â _  ì ø Í Ö  ¦  ¸ 77, 81, 88, 94 %_  4t  Ð   or v  9 Ø  ¦§ 4

`

 ¦  ' a8 £ ¤ % i  . y   Cr:YAG   & ñ õ  Ø  ¦§ 4  â ì ø Í Ö  ¦ \  @ / #  # l 6 x s  ¸× ¼ Y Us $ _  Ø  ¦§ 4 `  ¦ 10 W



t  7 £ x r v   " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $ _  Ø  ¦§ 4 õ  ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ;  ¤, ` O Û ¼ ì ø Í4  ¤Ö  ¦ 1 p x`  ¦ 8 £ ¤& ñ 

% i  .

PACS numbers: 42.55.P , 42.55.X , 42.60.G

Keywords: Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A, Nd:YVO

Y Us $ , s  ¸× ¼ # l  Y Us $ , Cr:YAG

I. " e Â ] Ø

þ

j   H _  Y Us $  > hµ 1 Ï É r  è+ þ A o, Ä »t   ÐÃ º þ j è o (maintenance free),  ¦´ òÖ  ¦ o\  ¦ t  ¾ Ó  ¦ e   . s  ¸

×

¼ Y Us $  Ð # l    H  ¦^  Y Us $   H  ¦´ òÖ  ¦,    É r ß ¼ l

, B Ä º Z  } É r Ø  ¦§ 4 î ß & ñ $ í ,  © Ã º" î ,  ¦¾ ¡ §| 9 _  c   ì  r  í 1 p x _

  © & h `  ¦ t  ¦ e  l  M :ë  H \  s  Qô  Ç  â  ¾ Ó\  Â Ò½ + Ë  9 s

p  Y Us $ _  Å Ò7 á x Ü ¼ Ð  o   ¦ e  `  ¦ & ñ  ¸ Ð > hµ 1 Ïs 



 '  ÷ &% 3   [1-4].

s  ¸× ¼ # l   ¦^  Y Us $ \   H   5 Å q µ 1 Ï  Y Us $ ü <

` O

Û ¼+ þ A Y Us $  e   . ` O Û ¼+ þ A Y Us $   H n Û ¼e  ¦ Y Us  í ß 

\ O

\ " f_  ITO J ' _ ç (patterning), Ä »o  l ó ø Í ] X é ß , ì ø Í



¸^   è  à Ôo b ç , ì ø Í ¸^  ( ç , ç  H ~ ½ Ó# Q r Û ¼% 7 , _ 



< Æ u « Ñ, > 8 £ ¤ 1 p x _  #  Q ì  r  \ " f ;  ¤V , >   6 x ÷ & ¦ e  

. ` O Û ¼+ þ A Y Us $ \  ¦ ë ß × ¼  H ~ ½ ÓZ O  É r Q- Û ¼0 Ag A,  ¸× ¼ 1 l x l

(mode locking)s  @ /³ ð& h   ~ ½ ÓZ O s  . Q-Û ¼0 Ag A É r 



¸ í(nanosecond) Ã ºï  r _  ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß  ;  ¤`  ¦   Y U s

$  ` O Û ¼\  ¦ ë ß × ¼ 9,  ¸× ¼ 1 l x l   H x  ï í(picosecond) s 

_  ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß  ;  ¤`  ¦   Y Us $  ` O Û ¼\  ¦ ë ß × ¼  H X <

Å

Ò Ð s 6 x ÷ & ¦ e   . Q-Û ¼0 Ag A ~ ½ ÓZ O \   H Ã º1 l x+ þ Aõ  0 p x1 l x + þ

As  e  Ü ¼ 9, 0 p x1 l x+ þ A\   H   l  F g  < ÆZ O õ  6 £ §  ¾ Ó F g  < ÆZ O s  e 

 . 0 p x1 l x+ þ A É r B Ä º î ß & ñ ÷ &>  ` O Û ¼\  ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~ ´ Ã º e    H

E-mail: [email protected]



© & h s  e  t ë ß   © u   ¦s  ¦ Â Òx  ß ¼   H é ß & h s  e 

 . Ã º1 l x+ þ A É r  © u  B Ä º  è+ þ As  ¦, Z >  ¸_  F g  < Æ è 

  9 כ ¹ t  · ú §Ü ¼ 9, $ § 4   ¦, |  ¦  ¦, s 6 x s  B Ä º ç

ß ¼ #    H  © & h s  e   . Õ ª Q  ` O Û ¼_  t 5 Å q r ç ß õ  ` O  Û

¼  s _  ç ß   s  Ô  ¦ î ß & ñ  ¦ כ ¹1 l x s  d      H é ß & h s  e 

 . Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $   H Ã ºz  mW / å L _   è+ þ A Y

Us $  Å Ò Ð > hµ 1 Ï÷ &# Q M ® o  [5-7].



: r   ½ ¨\ " f  H B Ä º  è+ þ As   " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y U s

$  Ð+   H  H Ø  ¦§ 4   1 W\   î  r Ø  ¦§ 4 `  ¦   ` O Û ¼ + þ

A Y Us $ \  ¦ > hµ 1 Ïô  Ç . Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A\   H  í o f  ¨ Ã º

^

\  ¦  6 x ô  Ç .  í of  ¨ Ã º^  Ð  H Ò  o èó ø Í, GaAs, Cr;YAG, LiF:F

1 p x s    ½ ¨÷ &# Q M ® o Ü ¼ 9 s ×  æ Cr:YAG   & ñ s   © 



è+ þ A_    & ñ `  ¦  6 x  ¦ ¸  © r ç ß  Ø  ¦§ 4 s  î ß & ñ H  d`  ¦  Ðs 



 H  כ Ü ¼ Ð · ú  9t  ¦ e   .[8-11]  : r   ½ ¨\ " f  H Cr:YAG

 

& ñ `  ¦  6 x #  Q-Û ¼0 Ag A`  ¦ r  ¸ô  Ç . Nd s  : r s  '  

 )

Cr:YAG º× D ÿ ¤= kõ u § T Ó Þ X ¢ T ~ ¾© 7 _T $ [ # bM Nd:YVO 4 7 _T $ [8 ý

Cr:YAG º× D ÿ ¤= kõ u § T Ó Þ X ¢ T ~ ¾© 7 _T $ [ # bM Nd:YVO ⁴ 7 _T $ [8 ý

¤ Ò Þ] k ù Q- üÈ S Ë

G Bg ` @ · + 2 ø ¶ B0 å · - ! H. > 0 ² ? · T ø ¶ B0 å ^∗

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , â í ß 712-749 (2006¸ 11 Z 4 9{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

í o f ¨ Ã º^ Ð Cr:YAG & ñ ` ¦ 6 x H s ¸× ¼ Y Us $ # l Nd:YVO

Y Us $ \ ¦ ] j % i .

Y Us $ H 0.6 % _ Nd ' ) a YVO

& ñ _ ª é ß \ ¿ ºa 3 mm Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç s 1 p q B | 9 ` ¦ 6 x % i . s כ ` ¦ 6 x ô Ç õ , & ñ \ " f_ \ P E $ Ý ¼ B Ä º × ¦ # Q[ þ t ¦,

\ _ ô Ç + þ A Û ¼à ÔY UÛ ¼ ¸ B Ä º y è < Ê` ¦ S X % i . Cr:YAG & ñ _ È Òõ Ö ¦ É r 80 % כ õ 90

% כ ` ¦ y y 6 x % i . Y Us $ Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö ¦ ¸ 77, 81, 88, 94 %_ 4t Ð or v 9 Ø ¦§ 4

¦ ' a8 £ ¤ % i . y Cr:YAG & ñ õ Ø ¦§ 4 â ì ø Í Ö ¦ \ @ / # # l 6 x s ¸× ¼ Y Us $ _ Ø ¦§ 4 ` ¦ 10 W

t 7 £ x r v " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $ _ Ø ¦§ 4 õ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤, ` O Û ¼ ì ø Í4 ¤Ö ¦ 1 p x` ¦ 8 £ ¤& ñ

% i .

Y Us $ , s ¸× ¼ # l Y Us $ , Cr:YAG

j H _ Y Us $ > hµ 1 Ï É r è+ þ A o, Ä »t ÐÃ º þ j è o (maintenance free), ¦´ òÖ ¦ o\ ¦ t ¾ Ó ¦ e . s ¸

¼ Y Us $ Ð # l H ¦^ Y Us $ H ¦´ òÖ ¦, É r ß ¼ l

, B Ä º Z } É r Ø ¦§ 4 î ß & ñ $ í , © Ã º" î , ¦¾ ¡ §| 9 _ c ì r í 1 p x _

© & h ` ¦ t ¦ e l M :ë H \ s Qô Ç â ¾ Ó\ Â Ò½ + Ë 9 s

p Y Us $ _ Å Ò7 á x Ü ¼ Ð o ¦ e ` ¦ & ñ ¸ Ð > hµ 1 Ïs

' ÷ &% 3 [1-4].

s ¸× ¼ # l ¦^ Y Us $ \ H 5 Å q µ 1 Ï Y Us $ ü <

Û ¼+ þ A Y Us $ e . ` O Û ¼+ þ A Y Us $ H n Û ¼e ¦ Y Us í ß

\ " f_ ITO J ' _ ç (patterning), Ä »o l ó ø Í ] X é ß , ì ø Í

¸^ è à Ôo b ç , ì ø Í ¸^ ( ç , ç H ~ ½ Ó# Q r Û ¼% 7 , _

< Æ u « Ñ, > 8 £ ¤ 1 p x _ # Q ì r \ " f ; ¤V , > 6 x ÷ & ¦ e

. ` O Û ¼+ þ A Y Us $ \ ¦ ë ß × ¼ H ~ ½ ÓZ O É r Q- Û ¼0 Ag A, ¸× ¼ 1 l x l

(mode locking)s @ /³ ð& h ~ ½ ÓZ O s . Q-Û ¼0 Ag A É r

¸ í(nanosecond) Ã ºï r _ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤` ¦ Y U s

$ ` O Û ¼\ ¦ ë ß × ¼ 9, ¸× ¼ 1 l x l H x ï í(picosecond) s

_ ` O Û ¼ t 5 Å q r ç ß ; ¤` ¦ Y Us $ ` O Û ¼\ ¦ ë ß × ¼ H X <

Ò Ð s 6 x ÷ & ¦ e . Q-Û ¼0 Ag A ~ ½ ÓZ O \ H Ã º1 l x+ þ Aõ 0 p x1 l x + þ

As e Ü ¼ 9, 0 p x1 l x+ þ A\ H l F g < ÆZ O õ 6 £ § ¾ Ó F g < ÆZ O s e

. 0 p x1 l x+ þ A É r B Ä º î ß & ñ ÷ &> ` O Û ¼\ ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~ ´ Ã º e H

© & h s e t ë ß © u ¦s ¦ Â Òx ß ¼ H é ß & h s e

. Ã º1 l x+ þ A É r © u B Ä º è+ þ As ¦, Z > ¸_ F g < Æ è

9 כ ¹ t · ú §Ü ¼ 9, $ § 4 ¦, | ¦ ¦, s 6 x s B Ä º ç

ß ¼ # H © & h s e . Õ ª Q ` O Û ¼_ t 5 Å q r ç ß õ ` O Û

¼ s _ ç ß s Ô ¦ î ß & ñ ¦ כ ¹1 l x s d H é ß & h s e

. Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y Us $ H Ã ºz mW / å L _ è+ þ A Y

Us $ Å Ò Ð > hµ 1 Ï÷ &# Q M ® o [5-7].

: r ½ ¨\ " f H B Ä º è+ þ As " f Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A ) a Y U s

$ Ð+ H H Ø ¦§ 4 1 W\ î r Ø ¦§ 4 ` ¦ ` O Û ¼ + þ

A Y Us $ \ ¦ > hµ 1 Ïô Ç . Ã º1 l x+ þ A Q-Û ¼0 Ag A\ H í o f ¨ Ã º

\ ¦ 6 x ô Ç . í of ¨ Ã º^ Ð H Ò o èó ø Í, GaAs, Cr;YAG, LiF:F

1 p x s ½ ¨÷ &# Q M ® o Ü ¼ 9 s × æ Cr:YAG & ñ s ©

è+ þ A_ & ñ ` ¦ 6 x ¦ ¸ © r ç ß Ø ¦§ 4 s î ß & ñ H d` ¦ Ðs

H כ Ü ¼ Ð · ú 9t ¦ e .[8-11] : r ½ ¨\ " f H Cr:YAG

& ñ ` ¦ 6 x # Q-Û ¼0 Ag A` ¦ r ¸ô Ç . Nd s : r s '

)

a Y Us $ & ñ Ü ¼ Ð © ¸ ú · ú 9 כ É r Nd:YAG s 9,

& h , l > & h : £ ¤$ í s B Ä º Ä ºÃ º . [5, 6] þ j H \ H

è+ þ A Y Us $ _ â Ä º f ¨ Ã º é ß & h õ Ä » ¸ ~ ½ ÓØ ¦ é ß & h s Nd:YAG Ð 8 ß ¼ ¦, f ¨ Ã º Û ¼& 7 à Ô! 3 _ ; ¤ s Nd:YAG

Ð 8 V , Ü ¼ 9, µ 1 Ï ë H) 3 s ± ú É r Nd:YVO

& ñ ` ¦ ´ ú § s

6 x ¦ e . Õ ª Q Nd:YVO

& ñ É r \ P & h : £ ¤

s Nd:YAG Ð å Ô 9, s Ð # ¦Ø ¦§ 4 Ü ¼ Ð µ 1 Ï

r v & ñ s õ ¸ô Ç \ P Ð ô Ç Û ¼à ÔY UÛ ¼_ 7 £ x Ð

< H ÷ & H é ß & h s e . s ° ú É r é ß & h ` ¦ F G4 ¤ l 0 A

Nd:YVO

& ñ _ ª é ß \ Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

& ñ ` ¦ Â Ò Ã Ìô Ç 4 ¤ ½ + Ë & ñ (composite crystal)s > hµ 1 Ï÷ &% 3

. : r ½ ¨\ " f H s 4 ¤ ½ + Ë Nd:YVO

& ñ ` ¦ 6 x # Cr:YAG & ñ \ _ # Q-Û ¼0 Ag A ÷ & " f ¦Ø ¦§ 4 \ " f 1 l x

H Y Us $ \ ¦ > hµ 1 Ï ¦ ô Ç . ¢ ¸ô Ç Ø ¦§ 4 â _ ì ø Í Ö

¦` ¦ or v " f ` O Û ¼ r ç ß ; ¤ õ Ø ¦§ 4 : £ ¤$ í ` ¦ y y 8 £ ¤

ñ # Ø ¦§ 4 â s s [ þ t \ p u H % ò ¾ Ó ¸ ¶ ú ( R Ð ¤ .

Fig. 1 É r z ´+ « >\ 6 x ô Ç / B N l _ ½ ¨ ¸\ ¦ · p .

: r z ´+ « >\ " f 6 x ô Ç Nd:YVO

& ñ _ ß ¼l H 4 × 4 × 12 mm

s 9 Nd_ ¸i ç 0 l x ¸ H 0.6 at.% s (Onyx ).

¸i ç ) a Â Òì r _ U ´s H 6 mm s 9, ª é ß \ U ´s 3 mm_ Nd ' ÷ &t · ú § É r YVO

& ñ s Â Ò Ã Ì÷ &# Q e . s

ñ É r · û ª É r n ¹ ¡ § (indium) F K5 Å q ~ Ã Ì} Ü ¼ Ð y " f ½ ¨o

Ð ë ß H î r à Ô ? /\ ¶ ú { 9 % i . s ½ ¨o F | 9 _ î r à

Ô H { 9 & ñ ô Ç : r ¸ Ð ¸] X ÷ & H Í ty Ã º\ _ # Í ty ) a

. Nd:YVO

& ñ _ ¿ º É r 1064 nm \ @ /K " f H Á ºì ø Í