基于CrOCl晶體的激光脈沖調(diào)制器及其在全固態(tài)激光器中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于CrOCl晶體的激光脈沖調(diào)制器及其在全固態(tài)激光器中的應(yīng)用，CrOCl激光脈沖調(diào)制器由CrOCl晶體制得，基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的全固態(tài)激光器包括CrOCl激光脈沖調(diào)制器。本發(fā)明將CrOCl晶體用作激光脈沖調(diào)制器，具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)Cr3+離子在CrOCl晶體中是基質(zhì)離子，有濃度高、分布均勻的特點(diǎn)，可飽和吸收效應(yīng)具有高效性、均勻性。(2)工作波段寬。CrOCl晶體的短波截止邊位于600nm，長(zhǎng)波截止邊位于18mm，在這個(gè)波段內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)可飽和吸收。(3)容易制備，可用氣相傳輸法生長(zhǎng)，產(chǎn)率高，尺寸大，易剝離，且表面光滑，可直接用于激光脈沖的調(diào)制，生產(chǎn)和加工過程極為便利。
【專利說明】
基于CrOC I晶體的激光脈沖調(diào)制器及其在全固態(tài)激光器中的 應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及基于CrOCl晶體的激光脈沖調(diào)制器及其在全固態(tài)激光器中的應(yīng)用，屬 于激光技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光器被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，發(fā)展至今已形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，影響 著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。脈沖激光具有峰值功率高、能量大、脈沖時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，是激光的 重要組成部分和發(fā)展方向，在國(guó)防、科研、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)脈沖激光的技 術(shù)可大致分為兩類:主動(dòng)調(diào)制、被動(dòng)調(diào)制。通過材料本身的可飽和吸收特性對(duì)激光產(chǎn)生過程 的損耗進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得脈沖激光的方式稱為被動(dòng)調(diào)制技術(shù)。被動(dòng)調(diào)制具有操作簡(jiǎn)單、結(jié) 構(gòu)緊湊、能耗低等優(yōu)勢(shì)，在脈沖激光中扮演著重要角色，其應(yīng)用越來越普遍。目前常用的可 飽和吸收材料有兩類：1.具有特殊離子摻雜的絕緣體材料，如摻鉻的釔鋁石榴石(Cr:YAG) 晶體或陶瓷以及色心晶體；2.半導(dǎo)體材料，如砷化鎵或特殊工藝做成的可飽和吸收鏡 (SESAM)。這兩類材料制備工藝較為復(fù)雜，并且可飽和吸收性能對(duì)于波長(zhǎng)有很強(qiáng)的依賴性， 因此應(yīng)用范圍有限。目前，人們?nèi)栽诜e極探索新型的性能更加優(yōu)異、全面的可飽和吸收材 料。
[0003] Cr離子摻雜的晶體在激光調(diào)制領(lǐng)域具有重要地位。因其生長(zhǎng)條件不同，可以形成 不同價(jià)態(tài)，如二價(jià)Cr2+、三價(jià)Cr3+、四價(jià)Cr4+和五價(jià)Cr 5+。其中，四價(jià)Cr4+離子摻雜的晶體是產(chǎn) 生lMi附近脈沖激光的常用材料，是被動(dòng)調(diào)Q和鎖模的重要元件，最典型的如Cr 4+:YAG。利用 二價(jià)Cr2+離子摻雜的晶體(Cr2+:ZnSe)在1.645圓波段實(shí)現(xiàn)了激光調(diào)Q。利用五價(jià)Cr 5+離子摻 雜的晶體(Cr5+:YV04)在1.08m波段實(shí)現(xiàn)了激光調(diào)Q。到目前為止還未發(fā)現(xiàn)三價(jià)Cr 3+離子晶體 的可飽和吸收效應(yīng)。
[0004] 我們?cè)陂_孔Z掃描測(cè)試中首次發(fā)現(xiàn)，CrOCl晶體具有強(qiáng)的可飽和吸收特性，即在弱 光照射時(shí)透過率較低，而在強(qiáng)光照射時(shí)透過率顯著提高。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，包含栗浦源 1、分光鏡2、聚焦透鏡3、CrOCl晶體4、第一能量計(jì)5、第二能量計(jì)6。栗浦源1為染料鎖模Nd: YAG脈沖激光器（美國(guó)Continuum公司生產(chǎn)，型號(hào)PY61C-10,波長(zhǎng)1064nm，脈沖寬度40ps，工作 頻率10Hz)，分光鏡2將栗浦源1的出射光束分為兩束，光束一照射在聚焦透鏡3上，聚焦透鏡 3的焦距為300mm，光束一透過聚焦透鏡3和CrOCl晶體4后照射在第一能量計(jì)5上，光束二照 射在第二能量計(jì)6上作為參考光束，第一能量計(jì)5和第二能量計(jì)6連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 實(shí)驗(yàn)過程中，CrOCl晶體在軌道上沿光軸方向直線移動(dòng)，當(dāng)CrOCl晶體靠近焦點(diǎn)時(shí)光束能量 密度逐漸升高，并在焦點(diǎn)位置達(dá)到最大，通過焦點(diǎn)后光束能量密度逐漸降低。實(shí)驗(yàn)中CrOCl 晶體的總移動(dòng)距離為1〇〇_，光束焦點(diǎn)位于中間位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，圖2中，擬合曲線 是根據(jù)非線性光學(xué)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，crocl晶體沿光軸方向由遠(yuǎn)距離接近焦點(diǎn)位置 時(shí)歸一化透過率逐漸增大至150%，表明crocl晶體在1064nm激光照射下通過焦點(diǎn)位置附近 時(shí)產(chǎn)生了飽和吸收現(xiàn)象，顯示了 CrOCl晶體具有強(qiáng)的可飽和吸收特性，可作為被動(dòng)調(diào)制元件 產(chǎn)生高峰值功率的脈沖激光。
[0005] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101378173A公開了摻鉻鉬酸鋁銣可調(diào)諧激光晶體及其制備方法 和用途，涉及一種可調(diào)諧固態(tài)激光器中的工作介質(zhì)。該方法采用60-80at%Rb 2Mo301Q為助熔 劑，降溫速率為1_5°C/天，轉(zhuǎn)速為5-30轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量、較大尺寸的Cr 3+:RbAl (Mo〇4)2晶體。該晶體屬三方晶系，具有P lml(D3/)空間群結(jié)構(gòu)，折射率1.73。該晶體可作為 可調(diào)諧激光晶體，其可調(diào)諧范圍在710-1000nm之間，用該晶體制成的固體激光器可用于光 譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。在該專利中，摻鉻鉬酸鋁銣晶體是一種激光晶體，用作 可調(diào)諧固體激光器中的工作介質(zhì)，產(chǎn)生寬調(diào)諧激光輸出，鉻離子在晶體結(jié)構(gòu)中是摻雜離子， 部分取代鋁離子的晶格位置，含量較少（摻雜濃度在〇 . 2at %-0.5at%之間）。而在本專利 中，雖然Cr離子也是三價(jià)態(tài)，但在CrOCl的晶格結(jié)構(gòu)中屬于基質(zhì)離子而非摻雜離子，因此晶 格占有率為l〇〇at%，濃度更高、分布更均勻。從功能上來看本專利中的CrOCl是一種可飽和 吸收體，用于激光調(diào)制，本身并不發(fā)射激光，而在上述專利中Cr 3+: RbAl (Mo〇4)2是一種激光 晶體，本身發(fā)射激光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于CrOCl晶體的激光脈沖調(diào)制器；
[0007] 本發(fā)明提供了上述激光脈沖調(diào)制器在全固態(tài)激光器中的應(yīng)用；
[0008] 本發(fā)明首次將三價(jià)Cr3+離子晶體即CrOCl晶體用作激光脈沖調(diào)制器，與已有的Cr離 子摻雜型可飽和吸收體相比具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：（l)Cr 3+離子在CrOCl晶體中是基質(zhì)離子，而 不是摻雜離子，具有濃度高、分布均勻的特點(diǎn)，相應(yīng)地其可飽和吸收效應(yīng)具有高效性、均勻 性。（2)工作波段寬。CrOCl晶體的短波截止邊位于600nm，長(zhǎng)波截止邊位于18mi，在這個(gè)波段 內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)可飽和吸收，而傳統(tǒng)的 Cr離子摻雜型可飽和吸收體的可用波段僅為幾百納米甚 至更窄。（3)容易制備，CrOCl晶體是具有層狀結(jié)構(gòu)的晶體材料，可用氣相傳輸法生長(zhǎng)，產(chǎn)率 高，尺寸大，易剝離，且表面光滑，可直接用于激光脈沖的調(diào)制，生產(chǎn)和加工過程極為便利。
[0009] 術(shù)語解釋
[0010] "增透"：一般指對(duì)特定波長(zhǎng)的光透過率多95%，"高反射"一般指對(duì)特定波長(zhǎng)的光 反射率多99%，"部分反射"一般指對(duì)特定波長(zhǎng)的光反射率在30%-99%之間。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0012] CrOCl激光脈沖調(diào)制器，是由CrOCl晶體制得，具體步驟包括：
[0013] (1)由CrOCl晶體的線性光學(xué)吸收系數(shù)，結(jié)合所需初始透過率計(jì)算出所需CrOCl晶 體厚度；
[0014] (2)挑選或者剝離出所需厚度的CrOCl晶體，加工成外形規(guī)整的器件;例如，矩形、 方形、圓形；
[0015] (3)針對(duì)工作波長(zhǎng)對(duì)通光面進(jìn)行鍍膜，外包制冷銅塊，制成被動(dòng)調(diào)Q或鎖模元件。
[0016] 上述CrOCl晶體，室溫下晶胞參數(shù)為：a=3.8638A, b=3.1793A,c=7.7157Ay透光范圍 在0.6~18mi。在該波段均可用作激光脈沖調(diào)制器件。
[0017] 上述CrOCl晶體的制備方法，具體步驟如下：將純度大于99.90 %的Cr2〇3和純度大 于99.0%的CrCl3，按1:1的摩爾比配比后放置在真空密封的石英管中，以HgCl 2為傳輸介質(zhì)， 將石英管加熱，在石英管長(zhǎng)度方向上形成溫度梯度，原料端溫度為1100-1300K，產(chǎn)物端溫度 為1000-1200K，加熱時(shí)間100-140h，Cr0Cl晶體生長(zhǎng)完畢后，降至室溫。
[0018] -種基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的全固態(tài)激光器，包括沿光路依次安放的第一栗 浦源、第一前腔鏡、第一激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器、第一輸出鏡。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一栗浦源為半導(dǎo)體激光二極管(LD)或氙燈。提供栗浦 能量。
[0020] 所述第一前腔鏡及所述第一輸出鏡組成第一諧振腔，所述第一前腔鏡鍍以對(duì)激光 工作波段高反射介質(zhì)膜，所述第一輸出鏡鍍以對(duì)激光工作波段反射介質(zhì)膜。
[0021] 所述第一激光增益介質(zhì)為半導(dǎo)體、激光晶體、激光陶瓷或激光玻璃。所有能產(chǎn)生激 光增益的固體介質(zhì)都可以作為第一激光增益介質(zhì)，加工成圓柱體或者長(zhǎng)方體，其端面鍍以 有利于栗浦光吸收和激光振蕩的介質(zhì)膜，也可以只拋光不鍍膜。
[0022] 將所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器放于諧振腔內(nèi)，形成調(diào)Q或鎖模激光輸出。上述全固 態(tài)脈沖激光器的諧振腔參數(shù)可自行設(shè)計(jì)，如腔長(zhǎng)、腔鏡曲率、輸出鏡的耦合透過率等，并可 根據(jù)實(shí)際需要添加全反鏡以改變腔型，相關(guān)設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域熟知的技術(shù)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一激光增益介質(zhì)為釹摻雜釔鋁石榴石Nd:YAG晶體或釹 摻雜釩酸釔Nd:YV04晶體，所述釹摻雜釔鋁石榴石Nd:YAG晶體中Nd3 +離子濃度為0.1-3at. %，所述釹摻雜釩酸釔Nd:YV〇4晶體中Nd3+離子濃度為0. l-5at. %。
[0024] -種端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)Q激光器，包括沿光路依次安放的第 二栗浦源、第一光纖耦合系統(tǒng)、第一聚焦系統(tǒng)、第二前腔鏡、第二激光增益介質(zhì)、所述CrOCl 激光脈沖調(diào)制器、第二輸出鏡。
[0025] 第二栗浦源發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一光纖耦合系統(tǒng)、第一聚焦系統(tǒng)和第二前腔鏡輸入 到第二激光增益介質(zhì)中，產(chǎn)生的激光被CrOCl激光脈沖調(diào)制器調(diào)制，從第二輸出鏡一端輸出 調(diào)Q脈沖。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第二前腔鏡及第二輸出鏡組成第二諧振腔，所述第二諧 振腔長(zhǎng)度為1-1 〇cm;
[0027]所述第二栗浦源為發(fā)射波長(zhǎng)為808nm的激光二極管(LD);
[0028]所述第二前腔鏡為平凹前腔鏡，所述第二前腔鏡的平面即靠近所述第一聚焦系統(tǒng) 一端的表面鍍以對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，所述第二前腔鏡的凹面即靠近所述第二激光增益 介質(zhì)一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜，所述第二前腔鏡的凹面的曲率半徑為 20-1000mm；
[0029]所述第二激光增益介質(zhì)為Nd: YAG晶體；
[0030]所述第二輸出鏡靠近所述第二激光增益介質(zhì)一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lwii部分 反射的介質(zhì)膜，所述第二輸出鏡的另一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lym增透的介質(zhì)膜。
[0031]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第二諧振腔長(zhǎng)度為lcm。為了抑制鎖模激光的產(chǎn)生，所述 諧振腔越短越好，以長(zhǎng)度1 cm為佳。
[0032] 一種端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的鎖模激光器，包括第三栗浦源、第二光 纖耦合系統(tǒng)、第二聚焦系統(tǒng)、第三前腔鏡、第三激光增益介質(zhì)、平凹反射鏡、所述CrOCl激光 脈沖調(diào)制器、第三輸出鏡，所述第三前腔鏡、所述平凹反射鏡和所述第三輸出鏡構(gòu)成V型諧 振腔。
[0033]第三栗浦源發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二光纖耦合系統(tǒng)、第二聚焦系統(tǒng)和第三前腔鏡輸入 到第三激光增益介質(zhì)中，所產(chǎn)生激光被CrOCl激光脈沖調(diào)制器調(diào)制，最后經(jīng)第三輸出鏡輸出 鎖豐吳脈沖。
[0034]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第三栗浦源為發(fā)射波長(zhǎng)808nm的激光二極管(LD);
[0035]所述第三前腔鏡為平面鏡，所述第三前腔鏡的靠近所述第二聚焦系統(tǒng)一端的表面 鍍以對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，所述第三前腔鏡的靠近所述第三激光增益介質(zhì)的一端的表面 鍍以對(duì)1 ? 05-1 ? lMi高反射的介質(zhì)膜；
[0036] 所述第三激光增益介質(zhì)是Nd:YV〇4晶體;入射端面鍍有對(duì)808nm、1064nm增透的介 質(zhì)膜，出射端面上鍍以對(duì)1 〇64nm增透的介質(zhì)膜。
[0037]所述平凹反射鏡的凹面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜；
[0038]所述第三輸出鏡為平面輸出鏡，所述第三輸出鏡靠近V型諧振腔一端的表面鍍以 對(duì)1064nm反射率為97%的部分反射介質(zhì)膜，所述第三輸出鏡的另一端表面鍍以對(duì)1064nm增 透的介質(zhì)膜。
[0039] -種氙燈側(cè)面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光器，包括第四前腔 鏡、第四栗浦源、第四激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器、第四輸出鏡，所述第四栗 浦源為氣燈。
[0040] 所述第四前腔鏡為平面鏡，所述第四前腔鏡靠近所述第四激光增益介質(zhì)的一端表 面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜；
[00411所述第四激光增益介質(zhì)為Nd:YAG晶體，Nd3+離子濃度為0.4at. % ;
[0042]所述第四輸出鏡靠近第四激光增益介質(zhì)一端表面鍍以對(duì)1064nm反射率為60%的 介質(zhì)膜，所述第四輸出鏡的另一端鍍以對(duì)1 〇64nm增透的介質(zhì)膜。
[0043] 通過CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)制可實(shí)現(xiàn)1064nm調(diào)Q激光輸出。
[0044] 本發(fā)明的有益效果為：
[0045] 1、本發(fā)明提供的CrOCl激光脈沖調(diào)制器是第一個(gè)三價(jià)Cr3+離子材料制成的光學(xué)可 飽和吸收器件。
[0046] 2、本發(fā)明中Cr3+離子在CrOCl晶體材料中作為基質(zhì)離子存在，而不是傳統(tǒng)的摻雜離 子，保證了可飽和吸收效應(yīng)的高效性和均勻性。
[0047] 3、工作波段寬。CrOCl晶體的透光范圍在0.6~18圓，對(duì)于此波段內(nèi)任意波長(zhǎng)的激 光均有調(diào)制作用。
[0048] 4、制作簡(jiǎn)單、成本低，便于產(chǎn)業(yè)化以及批量生產(chǎn)。其特有的層狀習(xí)性及光滑表面甚 至可以免加工使用。
【附圖說明】
[0049]圖1為本發(fā)明測(cè)試用的開孔Z掃描實(shí)驗(yàn)裝置；
[0050]圖1中，1、栗浦源，2、分光鏡，3、聚焦透鏡，4、CrOCl晶體，5、第一能量計(jì)，6、第二能 量計(jì)。
[0051 ]圖2為本發(fā)明開孔Z掃描實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0052] 圖3為端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)Q激光器結(jié)構(gòu)示意圖，
[0053] 圖3中，7、第二栗浦源，8、第一光纖耦合系統(tǒng)，9、第一聚焦系統(tǒng)，10、第二前腔鏡， 11、第二激光增益介質(zhì)，12、CrOCl激光脈沖調(diào)制器，13、第二輸出鏡。
[0054] 圖4(a)為當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.06m時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制 器的平均輸出功率示意圖；
[0055] 圖4(b)為當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.06wii時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制 器的脈沖寬度示意圖；
[0056] 圖4(c)為當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.06wii時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制 器的重復(fù)頻率示意圖；
[0057]圖4(d)為當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.06wii時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制 器的脈沖序列及波形示意圖；
[0058]圖5(a)為當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.34wii時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制 器的平均輸出功率示意圖；
[0059] 圖5(b)當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.34wii時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器 的脈沖寬度示意圖；
[0060] 圖5(C)當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.34WI1時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器 的重復(fù)頻率示意圖；
[0061 ]圖5(d)當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.34WI1時(shí)，圖3所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器 的脈沖序列及波形示意圖；
[0062]圖6為端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的鎖模激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖6中，14、第三栗浦源，15、第二光纖耦合系統(tǒng)，16、第二聚焦系統(tǒng)，17、第三前腔 鏡，18、第三激光增益介質(zhì)，19、平凹反射鏡，20、第三輸出鏡。
[0064] 圖7為氙燈側(cè)面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065] 圖7中，21、第四前腔鏡，22、第四栗浦源，23、第四激光增益介質(zhì)，24、第四輸出鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。
[0067] 實(shí)施例1
[0068] CrOCl激光脈沖調(diào)制器，是由CrOCl晶體制得，具體步驟包括：
[0069] (1)由CrOCl晶體的線性光學(xué)吸收系數(shù)，結(jié)合所需初始透過率計(jì)算出所需CrOCl晶 體厚度；
[0070] (2)挑選或者剝離出所需厚度的CrOCl晶體，加工成外形規(guī)整的器件;例如，矩形、 方形、圓形；
[0071 ] (3)針對(duì)工作波長(zhǎng)對(duì)通光面進(jìn)行鍍膜，外包制冷銅塊，制成被動(dòng)調(diào)Q或鎖模元件。
[0072] 上述CrOCl晶體，室溫下晶胞參數(shù)為：a=:3.8.638A，b=3.1793A, c=7.7157A,透光范圍 在0.6~18mi。在該波段均可用作激光脈沖調(diào)制器件。
[0073] 上述CrOCl晶體的制備方法，具體步驟如下：將純度99.99 %的Cr2〇3和純度為 99.9%的CrCl3,按化學(xué)計(jì)量比配比后放置在真空密封的石英管中，以HgCl2為傳輸介質(zhì)，將 石英管加熱，在石英管長(zhǎng)度方向上形成溫度梯度，原料端溫度為1200K，產(chǎn)物端溫度為 1100K，加熱120h，CrOCl晶體生長(zhǎng)完畢后，降至室溫。
[0074] 實(shí)施例2
[0075] -種基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的全固態(tài)激光器，包括沿光路依次安放的第一栗 浦源、第一前腔鏡、第一激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器、第一輸出鏡。
[0076]所述第一栗浦源為半導(dǎo)體激光二極管(LD)或氙燈。提供栗浦能量。
[0077]所述第一前腔鏡及所述第一輸出鏡組成第一諧振腔，所述第一前腔鏡鍍以對(duì)激光 工作波段高反射介質(zhì)膜，所述第一輸出鏡鍍以對(duì)激光工作波段反射介質(zhì)膜；
[0078]所述第一激光增益介質(zhì)為半導(dǎo)體、激光晶體、激光陶瓷或激光玻璃。所有能產(chǎn)生激 光增益的固體介質(zhì)都可以作為第一激光增益介質(zhì)，加工成圓柱體或者長(zhǎng)方體，其端面鍍以 有利于栗浦光吸收和激光振蕩的介質(zhì)膜，也可以只拋光不鍍膜。
[0079] 將所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器放于諧振腔內(nèi)，形成調(diào)Q或鎖模激光輸出。上述全固 態(tài)脈沖激光器的諧振腔參數(shù)可自行設(shè)計(jì)，如腔長(zhǎng)、腔鏡曲率、輸出鏡的耦合透過率等，并可 根據(jù)實(shí)際需要添加全反鏡以改變腔型，相關(guān)設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域熟知的技術(shù)。
[0080] 所述第一激光增益介質(zhì)為釹摻雜釔鋁石榴石Nd: YAG晶體或釹摻雜釩酸釔Nd: YV〇4 晶體，所述釹摻雜釔鋁石榴石Nd: YAG晶體中Nd3+離子濃度為0. l-3at. %，所述釹摻雜釩酸釔 Nd: YV〇4晶體中Nd3+離子濃度為0. l-5at. %。
[0081 ] 實(shí)施例3
[0082] -種端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)Q激光器，包括沿光路依次安放的第 二栗浦源7、第一光纖耦合系統(tǒng)8、第一聚焦系統(tǒng)9、第二前腔鏡10、第二激光增益介質(zhì)11、所 述CrOCl激光脈沖調(diào)制器12、第二輸出鏡13。如圖3所示。
[0083]第二栗浦源7發(fā)出的栗浦光經(jīng)第一光纖耦合系統(tǒng)8、第一聚焦系統(tǒng)9和第二前腔鏡 10輸入到第二激光增益介質(zhì)中11，產(chǎn)生的激光被CrOCl激光脈沖調(diào)制器12調(diào)制，從第二輸出 鏡13-端輸出調(diào)Q脈沖。
[0084]第二前腔鏡10及第二輸出鏡13組成第二諧振腔，第二諧振腔長(zhǎng)度為27mm;
[0085]第二栗浦源7為發(fā)射波長(zhǎng)為808nm的激光二極管(LD);
[0086]第二前腔鏡10為平凹前腔鏡，第二前腔鏡10的直徑為20mm，曲率半徑為250mm，第 二前腔鏡10的平面即靠近所述第一聚焦系統(tǒng)9 一端的表面鍍以對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，第二 前腔鏡10的凹面即靠近所述第二激光增益介質(zhì)11 一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lwii高反射的 介質(zhì)膜；
[0087]第二激光增益介質(zhì)11為Nd:YAG晶體，Nd3+離子濃度為0.4at. % ;入射端面鍍有對(duì) 808nm、1064nm增透的介質(zhì)膜，出射端面上鍍以對(duì)1064nm增透的介質(zhì)膜。
[0088]第二輸出鏡13靠近第二激光增益介質(zhì)11 一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lwii部分反射 的介質(zhì)膜，在l〇64nm處反射率為90%，第二輸出鏡13的另一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lwii增 透的介質(zhì)膜。
[0089] 所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器12的厚度為0.01mm。
[0090] 當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.06mi時(shí)，本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的 平均輸出功率如圖4 (a)所示，最大平均輸出功率47mW。
[0091] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的脈沖寬度如圖4(b)所示，最窄 脈寬為301ns。
[0092] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的重復(fù)頻率如圖4(c)所示，最高 重復(fù)頻率380kHz。
[0093] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的脈沖序列及波形如圖4(d)所 不。
[0094] 實(shí)施例4
[0095] 根據(jù)實(shí)施例3所述的一種端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)Q激光器，其區(qū) 別在于，
[0096] 第二前腔鏡10的凹面即靠近所述第二激光增益介質(zhì)11 一端的表面鍍以對(duì)1.3-1.4 Mi高反射、l〇64nm增透的介質(zhì)膜；
[0097]第二激光增益介質(zhì)11為Nd:YAG晶體，Nd3+離子濃度為0.5at. % ;入射端面鍍有對(duì) 808nm、1064nm、l .34iim增透的介質(zhì)膜，出射端面鍍有對(duì)1064nm、l .34iim增透的介質(zhì)膜。
[0098] 第二輸出鏡13直徑為20mm，靠近第二激光增益介質(zhì)11 一端的表面鍍以1064nm增 透、1.3-1.4wii部分反射膜，在1.34wii處反射率為90 %，第二輸出鏡13的另一端的表面鍍以 1064nm、1 ? 3-1 ? 4ym增透的介質(zhì)膜。
[0099] 第二前腔鏡10及第二輸出鏡13組成第二諧振腔，第二諧振腔長(zhǎng)度為20mm;
[0100] 當(dāng)激光工作波長(zhǎng)為1.34mi時(shí)，本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的 平均輸出功率如圖5(a)所示，最大平均輸出功率77mW。
[0101] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的脈沖寬度如圖5(b)所示，最窄 脈寬為256ns。
[0102] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的重復(fù)頻率如圖5(c)所示，最高 重復(fù)頻率603kHz。
[0103] 本實(shí)施例所述調(diào)Q激光器中CrOCl激光脈沖調(diào)制器的脈沖序列及波形如圖5(d)所 不。
[0104] 實(shí)施例5
[0105] -種端面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器的鎖模激光器，包括第三栗浦源14、第二 光纖耦合系統(tǒng)15、第二聚焦系統(tǒng)16、第三前腔鏡17、第三激光增益介質(zhì)18、平凹反射鏡19、所 述CrOCl激光脈沖調(diào)制器12、第三輸出鏡20,所述第三前腔鏡17、所述平凹反射鏡19和所述 第三輸出鏡20構(gòu)成V型諧振腔。如圖6所示。
[0106] 第三栗浦源14發(fā)出的栗浦光經(jīng)第二光纖耦合系統(tǒng)15、第二聚焦系統(tǒng)16和第三前腔 鏡17輸入到第三激光增益介質(zhì)18中，所產(chǎn)生激光被CrOCl激光脈沖調(diào)制器12調(diào)制，最后經(jīng)第 三輸出鏡20輸出鎖模脈沖。
[0107] 第三栗浦源14為發(fā)射波長(zhǎng)808nm的激光二極管(LD);
[0108]第三前腔鏡17為直徑為20mm的平面鏡，所述第三前腔鏡17的靠近第二聚焦系統(tǒng)16 一端的表面鍍以對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，所述第第三前腔鏡17的靠近所述第三激光增益介 質(zhì)18的一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. lym高反射的介質(zhì)膜；
[0109]所述第三激光增益介質(zhì)18是Nd:YV〇4晶體，Nd3+離子濃度為0.5at. % ;入射端面鍍 有對(duì)808nm、1064nm增透的介質(zhì)膜，出射端面上鍍以對(duì)1064nm增透的介質(zhì)膜。
[0110]所述平凹反射鏡19的凹面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜； 第三輸出鏡20為平面輸出鏡，第三輸出鏡20靠近V型諧振腔一端的表面鍍以對(duì) 1064nm反射率為97%的部分反射介質(zhì)膜，第三輸出鏡20的另一端表面鍍以對(duì)1064nm增透的 介質(zhì)膜。
[0112] 實(shí)施例6
[0113] -種氙燈側(cè)面栗浦基于CrOCl激光脈沖調(diào)制器被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光器，包括第四前腔 鏡21、第四栗浦源22、第四激光增益介質(zhì)23、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器12、第四輸出鏡24， 所述第四栗浦源22為氙燈。如圖7所示。
[0114] 所述第四前腔鏡21為平面鏡，所述第四前腔鏡21靠近所述第四激光增益介質(zhì)23的 一端表面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜；
[0115] 所述第四激光增益介質(zhì)23為Nd:YAG晶體，Nd3+離子濃度為0.4at. % ;
[0116] 所述第四輸出鏡24靠近第四激光增益介質(zhì)23-端表面鍍以對(duì)1064nm反射率為 60 %的介質(zhì)膜，所述第四輸出鏡24的另一端鍍以對(duì)1064nm增透的介質(zhì)膜。
[0117] 通過CrOCl激光脈沖調(diào)制器12的調(diào)制可實(shí)現(xiàn)1064nm調(diào)Q激光輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. CrOCl激光脈沖調(diào)制器，其特征在于，是由CrOCl晶體制得，具體步驟包括： (1) 由CrOCl晶體的線性光學(xué)吸收系數(shù)，結(jié)合所需初始透過率計(jì)算出所需CrOCl晶體厚 度； (2) 挑選或者剝離出所需厚度的CrOCl晶體，加工成外形規(guī)整的器件； (3) 針對(duì)工作波長(zhǎng)對(duì)通光面進(jìn)行鍍膜，外包制冷銅塊，制成被動(dòng)調(diào)Q或鎖模元件。2. -種基于權(quán)利要求1所述的CrOCl激光脈沖調(diào)制器的全固態(tài)激光器，其特征在于，包 括沿光路依次安放的第一栗浦源、第一前腔鏡、第一激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào) 制器、第一輸出鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述第一栗浦源為半導(dǎo)體激光二 極管或氣燈； 所述第一前腔鏡及所述第一輸出鏡組成第一諧振腔，所述第一前腔鏡鍍以對(duì)激光工作 波段高反射介質(zhì)膜，所述第一輸出鏡鍍以對(duì)激光工作波段部分反射介質(zhì)膜； 所述第一激光增益介質(zhì)為半導(dǎo)體、激光晶體、激光陶瓷或激光玻璃。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述第一激光增益介質(zhì)為釹摻雜 釔鋁石榴石Nd: YAG晶體或釹摻雜釩酸釔Nd: YV04晶體，所述釹摻雜釔鋁石榴石Nd: YAG晶體 中Nd3+離子濃度為0 . l-3at. %，所述釹摻雜釩酸釔Nd : YV〇4晶體中Nd3+離子濃度為0.1-5at. % 〇5. -種端面栗浦基于權(quán)利要求1所述的CrOCl激光脈沖調(diào)制器的調(diào)Q激光器，其特征在 于，包括沿光路依次安放的第二栗浦源、第一光纖耦合系統(tǒng)、第一聚焦系統(tǒng)、第二前腔鏡、第 二激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器、第二輸出鏡。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)Q激光器，其特征在于，所述第二前腔鏡及第二輸出鏡組成 第二諧振腔，所述第二諧振腔長(zhǎng)度為l-l〇cm; 所述第二栗浦源為發(fā)射波長(zhǎng)為808nm的激光二極管； 所述第二前腔鏡為平凹前腔鏡，所述第二前腔鏡的平面即靠近所述第一聚焦系統(tǒng)一端 的表面鍍以對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，所述第二前腔鏡的凹面即靠近所述第二激光增益介質(zhì) 一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. Ιμπι高反射的介質(zhì)膜，所述第二前腔鏡的凹面的曲率半徑為20-1000mm； 所述第二激光增益介質(zhì)為Nd: YAG晶體； 所述第二輸出鏡靠近所述第二激光增益介質(zhì)一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. Ιμπι部分反射 的介質(zhì)膜，所述第二輸出鏡的另一端的表面鍍以對(duì)1.05-1. Ιμπι增透的介質(zhì)膜； 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第二諧振腔長(zhǎng)度為lcm。7. -種端面栗浦基于權(quán)利要求1所述的CrOCl激光脈沖調(diào)制器的鎖模激光器，其特征在 于，包括第三栗浦源、第二光纖耦合系統(tǒng)、第二聚焦系統(tǒng)、第三前腔鏡、第三激光增益介質(zhì)、 平凹反射鏡、所述CrOCl激光脈沖調(diào)制器、第三輸出鏡，所述第三前腔鏡、所述平凹反射鏡和 所述第三輸出鏡構(gòu)成V型諧振腔； 所述第三栗浦源為發(fā)射波長(zhǎng)808nm的激光二極管； 所述第三前腔鏡為平面鏡，所述第三前腔鏡的靠近所述第二聚焦系統(tǒng)一端的表面鍍以 對(duì)808nm增透的介質(zhì)膜，所述第三前腔鏡的靠近所述第三激光增益介質(zhì)的一端的表面鍍以 對(duì)1.05-1 · Ιμπι高反射的介質(zhì)膜； 所述第三激光增益介質(zhì)是Nd: YV〇4晶體;入射端面鍍有對(duì)808nm、1064nm增透的介質(zhì)膜， 出射端面上鍍以對(duì)l〇64nm增透的介質(zhì)膜； 所述平凹反射鏡的凹面鍍以對(duì)1.05-1. lMi高反射的介質(zhì)膜； 所述第三輸出鏡為平面輸出鏡，所述第三輸出鏡靠近V型諧振腔一端的表面鍍以對(duì) 1064nm反射率為97%的部分反射介質(zhì)膜，所述第三輸出鏡的另一端表面鍍以對(duì)1064nm增透 的介質(zhì)膜。8. -種氙燈側(cè)面栗浦基于權(quán)利要求1所述的CrOCl激光脈沖調(diào)制器的被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光 器，其特征在于，包括第四前腔鏡、第四栗浦源、第四激光增益介質(zhì)、所述CrOCl激光脈沖調(diào) 制器、第四輸出鏡，所述第四栗浦源為氙燈； 所述第四前腔鏡為平面鏡，所述第四前腔鏡靠近所述第四激光增益介質(zhì)的一端表面鍍 以對(duì)1 · 05-1 · Ιμπι高反射的介質(zhì)膜； 所述第四激光增益介質(zhì)為Nd:YAG晶體，Nd3+離子濃度為0.4at. % ; 所述第四輸出鏡靠近第四激光增益介質(zhì)一端表面鍍以對(duì)l〇64nm反射率為60%的介質(zhì) 膜，所述第四輸出鏡的另一端鍍以對(duì)1 〇64nm增透的介質(zhì)膜。9. 一種CrOCl晶體，其特征在于，室溫下晶胞參數(shù)為：a=3.8638A, b=3.1793A, c=7.7157A,透 光范圍在0.6~18μηι。10. 權(quán)利要求9所述的CrOCl晶體的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：將純度大于 99.90%的Cr2〇3和純度大于99.0%的CrCl 3,按1:1的摩爾比配比后放置在真空密封的石英 管中，以HgCl2為傳輸介質(zhì)，將石英管加熱，在石英管長(zhǎng)度方向上形成溫度梯度，原料端溫度 為1100-1300K，產(chǎn)物端溫度為1000-1200K，加熱時(shí)間100-140h，Cr0Cl晶體生長(zhǎng)完畢，降至室 溫。
【文檔編號(hào)】H01S3/16GK105958313SQ201610374231
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】王正平, 王夢(mèng)霞, 張健, 陶緒堂, 許心光
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)