專利名稱：一種腔內(nèi)倍頻750-810nm波段固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光材料和器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
750_810nm波段激光可用于藥物篩選、醫(yī)學診斷、環(huán)境氣體監(jiān)測以及生物學研究等眾多領(lǐng)域，具有重要的軍事和民用價值及廣闊的市場前景。
目前，獲得750_810nm波段激光器的技術(shù)途徑主要有以下幾種
(I)半導(dǎo)體激光器直接輸出750_810nm波段激光；
(2)調(diào)諧三價過渡族金屬離子激光器的輸出波長獲得750-810nm波段激光。
(3) 532nm激光泵浦KTP晶體通過光參量振蕩技術(shù)獲得750_810nm波段激光。
然而，第一種途徑的半導(dǎo)體激光器由于輸出光束質(zhì)量較差，激光波長隨工作溫度和輸出功率而變化，而且無法獲得高性能的脈沖激光；因此在許多實際應(yīng)用中受到了限制。 第二和第三種技術(shù)途徑比較復(fù)雜，工作環(huán)境和條件要求嚴格，不利于野外及軍事應(yīng)用。
相對于玻璃材料而言，YAl3(BO3)4和GdAl3(BO3)4等晶體材料具有更高的有效聲子能量以及熱和機械性能。因此，目前雙摻Er3+和Yb3+的YAl3(BO3)4和GdAl3(BO3)4等晶體已經(jīng)被認為是一種可同時實現(xiàn)高輸出功率和高斜率效率的1. 5-1. 6 μ m波段激光增益介質(zhì)。然而，由于Er3+和Yb3+摻雜離子的半徑與基質(zhì)晶體中被取代Y3+或Gd3+離子的半徑差異較大，在晶體生長過程中會產(chǎn)生不同程度的晶格缺陷，降低晶體的光學質(zhì)量，從而影響1.5-1. 6 μ m波段激光的輸出性能。YbAl3(BO3)4硼酸鋁鐿晶體中敏化離子Yb3+是晶體本身化學計量比的一個成分，而不是以一種“摻雜”的形式存在于晶體中。同時，由于Er3+和Yb3+ 離子的半徑非常接近，因此在YbAl3 (BO3) 4晶體中摻入Er3+離子，可以有效地減少晶體生長過程中產(chǎn)生的缺陷，提高晶體的光學質(zhì)量和輸出激光的性能。另外，YbAl3(BO3)4晶體具有非常高的Yb3+離子濃度，在厚度為100微米左右的Er3+離子摻雜YbAl3(BO3)4晶體中即可有效吸收976nm附近波長的入射泵浦光，實現(xiàn)1. 5-1. 6 μ m波段的微片激光運轉(zhuǎn)。因此，采用目前已經(jīng)成熟的腔內(nèi)倍頻技術(shù)，即可實現(xiàn)高效率和高光束質(zhì)量的750-810nm波段激光輸出；而且可以使器件更加緊湊和穩(wěn)定可靠，使用更加方便。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用Er3+離子摻雜的硼酸鋁鐿晶體作為增益介質(zhì)，利用腔內(nèi)倍頻技術(shù)獲得高性能的750-810nm波段固體激光。
本發(fā)明包括如下技術(shù)方案
1. 一種腔內(nèi)倍頻750-810nm波段固體激光器，是由紅外激光泵浦系統(tǒng)、激光腔、 Er3+離子摻雜激光晶體以及用于倍頻1. 5-1. 6 μ m波段激光的非線性光學晶體組成。其特征在于該激光器中的激光晶體為ErxYb(1_x)Al3 (BO3)4晶體,其中x = O.1 5. Omol % ;紅外激光泵浦系統(tǒng)可利用976nm附近波長的紅外激光；激光腔由輸入和輸出介質(zhì)膜組成；激光腔輸入介質(zhì)膜設(shè)計為在976nm波長附近透過率T彡70%，在1. 5-1. 6 μ m波段處透過率T彡1%，在750-810nm波段處透過率T彡I激光腔輸出介質(zhì)膜設(shè)計為在1. 5-1. 6 μ m波段處透過率T彡5%，在750-8IOnm波段處透過率T彡70% ;沿倍頻1. 5-1. 6 μ m波段激光的相位匹配方向切割的非線性光學晶體位于激光晶體和激光腔輸出介質(zhì)膜之間。
2.如項I所述的激光器。其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的非線性光學晶體的一個端面粘貼，在激光晶體的另一個端面和非線性光學晶體的另一個端面分別鍍上如項I所述的激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜。
3.如項2所述的激光器。其特征在于將所述的激光晶體與所述的非線性光學晶體分開。
4. 一種750_810nm波段固體脈沖激光器。其特征在于在項I所述的激光器的激光晶體和非線性光學晶體之間插入1. 5-1. 6 μ m波段的調(diào)Q或鎖模兀件,輸出750_810nm波段脈沖激光。5.如項4所述的激光器。其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的調(diào) Q或鎖模元件的一個端面粘貼，再將調(diào)Q或鎖模元件的另一端面與所述的非線性光學晶體的一個端面粘貼，激光晶體的另一個端面和非線性光學晶體的另一個端面鍍上如項I所述的激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜。
6.如項5所述的激光器。其特征在于將所述的激光晶體，所述的調(diào)Q或鎖模元件和所述的非線性光學晶體分開。
7.如項4，5和6所述的激光器。其特征在于將所述的調(diào)Q和鎖模元件同時置于激光腔中。
8. 一種750_810nm波段可調(diào)諧固體激光器。其特征在于在項I所述的激光器的激光晶體和非線性光學晶體之間插入1. 5-1. 6 μ m波段的波長調(diào)諧元件，輸出750-810nm波段可調(diào)諧激光。
9.如項8所述的激光器。其特征在于將如項I所述的激光腔輸入介質(zhì)膜鍍在所述的激光晶體的背向波長調(diào)諧元件的端面上，將如項I所述的激光腔輸出介質(zhì)膜鍍在所述的非線性光學晶體的背向波長調(diào)諧元件的端面上。
利用本發(fā)明技術(shù)方案制造的固體激光器具有的有益效果是不僅能獲得具有高輸出功率和高光束質(zhì)量的750-810nm波段激光，而且可以使器件更加緊湊和穩(wěn)定可靠，使用更加方便。
具體實施方式
實例1:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+離子摻雜的YbAl3(BO3)4激光晶體實現(xiàn) 800nm腔內(nèi)倍頻激光輸出。
利用熔鹽法生長摻雜1. Oat. % Er3+的YbAl4(BO3)4激光晶體。在976nm處，激光晶體對平行于光軸入射的泵浦光的吸收系數(shù)約為120cm—1。根據(jù)晶體需對入射泵浦光功率單程吸收80%左右的原則，確定c切片晶體的厚度為130 μ m(端面積一般為平方毫米到平方厘米)。然后將激光晶體端面拋光后固定在中間有通光孔的鋁片上并置于激光腔中。激光腔輸入介質(zhì)膜片在976nm波長附近透過率T = 90%，在1. 5-1. 6 μ m波段處透過率T =O.1%，在750-810nm波段處透過率T = O.1%，激光腔輸出介質(zhì)膜片在1. 5-1. 6 μ m波段處透過率T = O. 5%，在750-8IOnm波段處透過率T = 80%。在激光晶體和激光腔輸出介質(zhì)膜片之間加入沿倍頻1600nm激光的I類相位匹配角切割的β -BBO晶體(Θ = 19.9°，Φ =0° )。利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可得到SOOnm腔內(nèi)倍頻激光。也可以將激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜分別鍍在激光晶體和非線性光學晶體的一個端面上，或者將激光晶體和非線性光學晶體粘貼，以實現(xiàn)同樣的目的。
實例2 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+離子摻雜的YbAl3(BO3)4激光晶體實現(xiàn) 760nm腔內(nèi)倍頻激光輸出。
利用熔鹽法生長摻雜1. 5at. % Er3+的YbAl3 (BO3) 4激光晶體。在976nm處，激光晶體對平行于光軸入射的泵浦光的吸收系數(shù)約為120cm—1。根據(jù)晶體需對入射泵浦光功率單程吸收80%左右的原則，確定c切片晶體的厚度為130 μ m (端面積一般為平方毫米到平方厘米)。然后將激光晶體端面拋光后固定在中間有通光孔的鋁片上并置于激光腔中。激光腔輸入介質(zhì)膜片在976nm波長附近透過率T = 90 %，在1. 5-1. 6ym波段處透過率T = O.1 %， 在750-810nm波段處透過率T = O.1 %，激光腔輸出介質(zhì)膜片在1. 5-1. 6 μ m波段處透過率 T = 4%，在750-810nm波段處透過率T = 80%。在激光晶體和激光腔輸出介質(zhì)膜之間加入沿倍頻1520nm激光的I類相位匹配角切割的β -BBO晶體(Θ = 19. 8°，Φ = 0° )。利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可得到760nm腔內(nèi)倍頻激光。也可以將激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜分別鍍在激光晶體和非線性光學晶體的一個端面上，或者將激光晶體和非線性光學晶體粘貼，以實現(xiàn)同樣的目的。
實例3 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+離子摻雜的YbAl3 (BO3) 4激光晶體實現(xiàn)被動調(diào)Q腔內(nèi)倍頻800nm脈沖激光輸出。
直接將1. 5-1. 6 μ m 波段的被動調(diào) Q 片(如 Co2+:MgAl2O4, Co2+: ZnSe, Cr2+: ZnSe 等) 插入實例I中激光晶體和非線性光學晶體之間，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可實現(xiàn) SOOnm被動調(diào)Q脈沖激光輸出。或者將激光晶體的一個端面與被動調(diào)Q片的一個端面粘貼， 再將被動調(diào)Q片的另一個端面和非線性光學晶體的一個端面粘貼，激光晶體的另一個端面和非線性光學晶體的另一個端面分別鍍上激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦也可輸出800nm被動調(diào)Q脈沖激光。
實例4 976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er3+離子摻雜的YbAl3(BO3)4激光晶體實現(xiàn) 760-800nm可調(diào)諧激光輸出。
直接將1.5_1.6μπι波段的波長調(diào)諧元件(雙折射濾光片、光柵或棱鏡等)插入實例2中激光晶體和非線性光學晶體之間，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可實現(xiàn) 760-800nm調(diào)諧激光輸出。
權(quán)利要求
1.一種腔內(nèi)倍頻750-810nm波段固體激光器，是由紅外激光泵浦系統(tǒng)、激光腔、Er3+離子摻雜激光晶體以及用作倍頻1. 5-1. 6 μ m波段激光的非線性光學晶體組成，其特征在于 該激光器中的激光晶體為ErxYb(1_x)Al3 (BO3) 4晶體，其中x = O.1 5. Omol %;紅外激光泵浦系統(tǒng)可利用976nm附近波長的紅外激光；激光腔由輸入和輸出介質(zhì)膜片組成；激光腔輸入介質(zhì)膜片設(shè)計為在976nm波長附近透過率T彡70%，在1.5-1.6μπι波段處透過率T彡I %， 在750-810nm波段處透過率T < I % ;激光腔輸出介質(zhì)膜片設(shè)計為在1. 5-1. 6ym波段處透過率T彡5%，在750-810nm波段處透過率T彡70% ;沿倍頻1. 5-1. 6 μ m波段激光的相位匹配方向切割的非線性光學晶體位于激光晶體和激光腔輸出介質(zhì)膜之間。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的非線性光學晶體的一個端面粘貼，在激光晶體的另一個端面和非線性光學晶體的另一個端面分別鍍上如權(quán)利要求1所述的激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜。
3.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體與所述的非線性光學晶體分開。
4.一種750-810nm波段固體脈沖激光器，其特征在于在權(quán)利要求1所述的激光器的激光晶體和非線性光學晶體之間插入1. 5-1. 6 μ m波段的調(diào)Q或鎖模元件，輸出750-810nm 波段脈沖激光。
5.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的調(diào)Q或鎖模元件的一個端面粘貼，再將調(diào)Q或鎖模元件的另一端面與所述的非線性光學晶體的一個端面粘貼，激光晶體的另一個端面和非線性光學晶體的另一個端面鍍上如權(quán)利要求I所述的激光腔輸入和輸出介質(zhì)膜。
6.如權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體，所述的調(diào)Q或鎖模元件和所述的非線性光學晶體分開。
7.如權(quán)利要求4，5和6所述的激光器，其特征在于將所述的調(diào)Q和鎖模元件同時置于激光腔中。
8.—種750-810nm波段可調(diào)諧固體激光器，其特征在于在權(quán)利要求1所述的激光器的激光晶體和非線性光學晶體之間插入1. 5-1. 6 μ m波段的波長調(diào)諧元件，輸出750-810nm波段可調(diào)諧激光。
9.如權(quán)利要求8所述的激光器，其特征在于將如權(quán)利要求1所述的激光腔輸入介質(zhì)膜鍍在所述的激光晶體的背向波長調(diào)諧元件的端面上，將如權(quán)利要求1所述的激光腔輸出介質(zhì)膜鍍在所述的非線性光學晶體的背向波長調(diào)諧元件的端面上。
全文摘要
一種腔內(nèi)倍頻750-810nm波段固體激光器，屬于固體激光材料和器件領(lǐng)域。采用鉺離子摻雜的硼酸鋁鐿激光晶體作為增益介質(zhì)，結(jié)合激活離子鉺和基質(zhì)晶體中敏化離子鐿的半徑非常接近以及基質(zhì)晶體中具有高鐿離子濃度的特性，通過在激光腔中加入沿倍頻1.5-1.6μm波段激光的相位匹配方向切割的非線性光學晶體，利用976nm附近波段的紅外激光泵浦，可實現(xiàn)高效的腔內(nèi)倍頻750-810nm波段固體激光輸出。
文檔編號H01S3/08GK103001115SQ201110269439
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者陳雨金, 黃藝東, 林炎富, 龔興紅, 黃建華, 羅遵度 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所