1.55微米波段鉺鐿雙摻磷酸鹽晶體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體激光材料和器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃被認(rèn)為是目前最高效的1.55 μ m波段激光增益介質(zhì)，已經(jīng)被廣泛研宄并實(shí)現(xiàn)了商品化。磷酸鹽玻璃中Er3+的4Iiv2上激光能級(jí)熒光壽命長達(dá)(6-8)ms，能量儲(chǔ)存能力強(qiáng)，國內(nèi)外利用該材料作為增益介質(zhì)也研制出了一些調(diào)Q脈沖激光器件，應(yīng)用于激光測距、激光雷達(dá)和遙感等領(lǐng)域。然而，磷酸鹽玻璃低的熱導(dǎo)率(?0.SWnT1K-1)和激光損傷閾值使其難以實(shí)現(xiàn)高平均功率輸出，因此采用鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃作為增益介質(zhì)，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高能量和高重頻的1.55 μ m波段調(diào)Q脈沖激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003]磷酸鹽晶體具有與磷酸鹽玻璃非常相似的有效聲子能量(約1200CHT1);因此，Er3+離子在磷酸鹽晶體中的熒光壽命等光譜特性與磷酸鹽玻璃中的非常接近，鉺鐿共摻磷酸鹽晶體有望實(shí)現(xiàn)與鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃同樣高效的1.55 μπι波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，相對(duì)于玻璃而言，晶體一般具有更高的熱導(dǎo)率、機(jī)械性能和激光損傷閾值。因此，采用鉺鐿雙摻磷酸鹽晶體作為增益介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)更高性能的1.55 μπι波段連續(xù)和調(diào)Q脈沖激光運(yùn)轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是采用鉺鐿雙摻的磷酸鹽激光晶體作為增益介質(zhì)，通過優(yōu)化晶體中鉺和鐿離子的摻雜濃度，獲得高效和高平均輸出功率的1.55 μ m波段固體激光。
[0005]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0006]1.一種1.55 μπι波段固體激光器，由半導(dǎo)體激光泵浦系統(tǒng)、激光諧振腔和激光增益介質(zhì)組成。其特征在于:該激光器的激光增益介質(zhì)為ErxYbyR(1_x_y)M(PO3)^Er xYbyR(1_x_y)Me3 (PO4) 3或 Er xYbyR(1_x_y)M3 (PO4) 2或 Er xYbyRu_x_y)MP207或 ErEr xYbyR(1_x_y)P04晶體，其中X = 0.3?3.0at.%，y = 5?50at.%，R為Sc、Y、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的組合，M為L1、Na、K元素中某一元素或若干元素的組合，Me為Mg、Ca、Sr、Ba元素中某一元素或若干元素的組合；半導(dǎo)體激光泵浦系統(tǒng)包括976nm波長半導(dǎo)體激光以及放置在半導(dǎo)體激光和激光增益介質(zhì)之間的光學(xué)耦合器；激光諧振腔由輸入和輸出鏡組成；輸入鏡設(shè)計(jì)為在976nm波長附近透過率T多70%，在1.55 μ m波段處透過率T < 1%;輸出鏡設(shè)計(jì)為在1.55μπι波段處透過率0.5%^ T ( 10%。
[0007]2.如項(xiàng)I所述的固體激光器。其特征在于:將輸入和輸出鏡分別直接鍍在所述的激光增益介質(zhì)的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)端面上。
[0008]3.一種1.55 μπι波段固體脈沖激光器。其特征在于:在項(xiàng)I所述的激光器的激光增益介質(zhì)和輸出鏡之間插入1.55 μπι波段的調(diào)Q或鎖模元件；也可將調(diào)Q或鎖模元件同時(shí)置于激光諧振腔中。
[0009]4.如項(xiàng)3所述的固體激光器。其特征在于:將輸入鏡直接鍍在所述的激光增益介質(zhì)的輸入端面上；也可將輸出鏡直接鍍在所述的調(diào)Q或鎖模元件的輸出端面上。
[0010]5.一種1.55 μπι波段可調(diào)諧固體激光器。其特征在于:在項(xiàng)I所述的激光器的激光增益介質(zhì)和輸出鏡之間插入1.55 μ m波段的波長調(diào)諧元件。
[0011]6.一種1.55 μπι波段倍頻激光器。其特征在于:在項(xiàng)I所述的激光器的激光增益介質(zhì)和輸出鏡之間插入1.55 μπι波段的倍頻晶體，激光諧振腔輸出鏡設(shè)計(jì)為在1.55 μπι波段處透過率小于0.5%，在倍頻波長775nm波段處透過率大于80%;也可將輸出鏡直接鍍在所述的倍頻晶體的輸出端面上。
[0012]7.一種1.55 μ m波段倍頻脈沖激光器。其特征在于:在項(xiàng)6所述的激光器的激光增益介質(zhì)和倍頻晶體之間插入1.55 μπι波段的調(diào)Q或鎖模元件。
[0013]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能獲得高輸出功率和高效率的連續(xù)以及高脈沖能量、高重復(fù)頻率和窄脈寬的調(diào)Q脈沖1.55 μm波段固體激光，器件緊湊和穩(wěn)定可靠，使用方便。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)例1:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er:Yb = KGd(PO3)4晶體實(shí)現(xiàn)1.55 μπι固體激光輸出。
[0015]利用熔鹽法生長摻雜1.5at.% Er3+和30at.% Yb 3+的KGd(PO 3)4激光晶體。將
1.0mm(端面積一般為平方毫米到平方厘米)厚的該激光晶體端面拋光后固定在中間有通光孔的銅座上并置于激光腔中。激光腔輸入鏡在976nm波長處透過率T = 90%，在1.55 μ m波長處透過率T = 0.1%，激光腔輸出鏡在1.55 μm波長處透過率T = 1.5%。利用20W的976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可得到連續(xù)功率高于L 5ff的1.55 μπι固體激光輸出。也可以將激光腔輸入和輸出鏡分別鍍在該激光晶體的兩個(gè)端面上，以實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
[0016]實(shí)例2:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er:Yb = KGd(PO3)4晶體實(shí)現(xiàn)1.55 μπι固體脈沖激光輸出。
[0017]直接將被動(dòng)調(diào)Q 片(如 Co2+:MgAl2O4, Co2+ = ZnSe，Cr2+ = ZnSe 等)或 1.55 μπι 波段的聲光調(diào)Q模塊插入實(shí)例I中激光晶體和輸出鏡之間，即可實(shí)現(xiàn)1.55 μπι調(diào)Q脈沖激光運(yùn)轉(zhuǎn)。也可以將輸出鏡直接鍍在被動(dòng)調(diào)Q片或聲光調(diào)Q模塊的輸出端面上，以實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
[0018]實(shí)例3:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er:Yb = KGd(PO3)4晶體實(shí)現(xiàn)1510_1600nm可調(diào)諧固體激光輸出。
[0019]直接將1.55 μπι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(shí)例I中激光晶體和激光腔輸出鏡之間，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可實(shí)現(xiàn)1510_1600nm可調(diào)諧激光輸出。
[0020]實(shí)例4:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er:Yb = KGd(PO3)4晶體實(shí)現(xiàn)775nm倍頻固體激光輸出。
[0021]直接將倍頻1.55 μ m波長的非線性光學(xué)晶體(如KTP、LB0, β -BBO等)插入實(shí)例I中激光晶體和輸出鏡之間，在輸出鏡上鍍上1.55 μ m波長處高反(T < 0.5% )，倍頻波長775nm處高透(T多80% )的介質(zhì)膜，即可實(shí)現(xiàn)775nm倍頻激光。也可以將輸出鏡直接鍍在非線性光學(xué)晶體的輸出端面上，以實(shí)現(xiàn)同樣的目的。
[0022]實(shí)例5:976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦Er: Yb = Ca3Gd (PO4)3晶體實(shí)現(xiàn)1.6 ym固體激光輸出。
[0023]利用熔鹽法生長摻雜2.0at.% Er3+和30at.% Yb 3+的Ca 3Gd (PO4) 3激光晶體。將