圖 3.8 為以 90 % Cr4+:YAG 及輸出透鏡 R2=5 cm 的實驗架構下，
三種不同倍頻晶體所產生藍光脈衝峰值功率的比較，觀察其實驗結 果，具有最高非線性係數的 KNbO3，在 1.6 W 的幫浦功率下最大的藍 光峰值功率卻只有 0.1 W，遠小於 BBO 的 37.4 W 及 LBO 的 24.2 W，
究其原因，除因較小的可接受角限制其轉換效率外，在沒有溫度控制 的情況下，雷射操作過程中造成晶體的溫度變化超過其溫度頻寬，很 可能是導致 KNbO3藍光功率如此低落的主要原因。相較於 LBO，BBO 雖可接受角較小，但其非線性係數是 LBO 的 2.6-2.9 倍，在晶體長度 只相差 1 mm 的情況下，得到較高的藍光脈衝峰值功率是非常合理的 結果。
15 20 25 30 35 40
(W)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1300 1400 1500 1600 1700
幫浦功率 (mW)
藍光峰值功率 (W)圖 3.8 三種倍頻晶體藍光峰值功率的比較 BBO
LBO
KNbO3
41
在腔長僅 5.5 cm的半對稱式共振腔，腔內光束的發散角約為 BBO 可接受角的 9.4 倍，顯示出大部分的基頻光都處在低轉換功率的情況 下，因此，藉由改用曲率半徑較大的輸出透鏡，縮小腔內光束的發散 角，相信可以提高藍光的轉換效率，本實驗分別使用曲率半徑 R2為 5 cm 及 10 cm 的球面鏡，圖 3.9、3.10、3.11 為其實驗結果。
圖 3.10 不同輸出透鏡下藍光脈衝寬度的比較
0 10 20 30 40
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
幫浦功率 (mW)
藍光脈衝寬度 (ns)
R = 5 cm R = 10 cm
2
2
6 8 10 12
(KHz)
腔內雷射光束發散角，理論上可得到較高的倍頻轉換效率，但觀 察圖 3.9 的實驗結果，輸出透鏡曲率半徑較小的情況(R2=5 cm)，反而 可以得到較高的藍光峰值功率，原因在於 R2=10 cm 時的雷射腔長是 R2=5 cm 的 2 倍，相對增加了共振腔的光子生命期(photon lifetime)，
雷射在脈衝峰值過後共振腔內殘餘能量衰減的速度變慢，換言之，脈 衝的下降時間(fall time)較長，因此其平均的雷射脈衝寬度較之 R2=5 cm 時增加 7 ns，如圖 3.10，在脈衝下降時間較長的情況下，能量因 沒有完全釋放，很快的便產生下一次的雷射脈衝，所以雷射脈衝的重 複頻率較高，如圖 3.10 所示，在同樣 1.6 W 的幫浦功率下，R2=10 cm 時的重複頻率為 9.6 KHz，而 R2=5 cm 時的重複頻率只有 7 KHz。累 積的能量若沒有快速的釋放，產生的光脈衝功率必然不高，換句話 說，入射至 BBO 參與倍頻的基頻光功率較低，使得轉換效率不高，
說明了為何在腔內光束發散角較小的情況下，其藍光雷射的峰值功率 卻反而較低的原因。
飽和吸收體 倍頻晶體
Cr4+:YAG+BBO
43
在同樣 R2=5 cm 的共振腔中，改變 Cr4+:YAG 與 BBO 的相對位 置，如圖 3.12，使倍頻晶體能更接近光腰(beam waist)，提高入射基 頻光的功率密度，希望可以有更高的藍光功率。圖 3.13、3.14 及 3.15 為實驗結果的比較，圖 3.13 中在改變晶體位置後，藍光輸出功率不 僅沒有提升，反之雷射的幫浦閥值提高了 135 mW，在相同的幫浦功 率下，藍光峰值功率平均下降了 31 W，雷射效能大幅的降低，究其 原因，在於晶體位置的改變，同時對倍頻晶體與飽和吸收體有不同程 度的影響，對 BBO 而言，由於 Cr4+:YAG 的晶體長度只有 0.75 mm，
BBO 向前移近光腰使入射端面的光點尺寸縮小了約 1.65 倍，在相同 的基頻光功率下，應能提高藍光雷射的輸出功率，然而問題就在 Cr4+:YAG 位置的相對改變所導致基頻光的功率下降。
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1300 1400 1500 1600 1700
幫浦功率 (mW) 藍光峰值功率 (W)
Cr :YAG +BBO BBO+Cr :YAG
4+
4+
由於 BBO 的晶體長度為 7 mm，Cr4+:YAG 相對移動的距離較大，
腔內光束在 Cr4+:YAG 入射端面上的光點約放大了 10 倍，使得 Cr4+:YAG 對共振腔的損耗增加，不僅提高雷射的幫浦閥值，也降低 了脈衝的重複頻率，如圖 3.14，此外雷射功率密度降低，Cr4+:YAG 達到飽和所需的時間較長，也讓雷射的脈衝寬度顯著變寬，如圖 3.15。
0 10 20 30 40
1300 1400 1500 1600 1700