CN101588009A - 一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 - Google Patents
一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101588009A CN101588009A CNA2008100710984A CN200810071098A CN101588009A CN 101588009 A CN101588009 A CN 101588009A CN A2008100710984 A CNA2008100710984 A CN A2008100710984A CN 200810071098 A CN200810071098 A CN 200810071098A CN 101588009 A CN101588009 A CN 101588009A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- crystal
- ions
- waveband
- exporting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 72
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- -1 erbium ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途，涉及激光晶体和器件领域。该类晶体的分子式为：RErxYbyCezRe(1－x－y－z)(WO4)2，其中x＝0.05－10mol％，y＝0.5－60mol％，z＝1－99.95mol％，且x+y+z≤1；R为K、Na、Li等碱金属元素中某一元素或若干元素的组合；Re为Sc、Y、La、Gd、Lu、Bi等元素中某一元素或若干元素的组合。该类晶体在空气中不潮解，具有良好的热、机械和化学稳定性。以该类晶体为激光增益介质可以实现低阈值和高效1.5－1.6μm波段激光运转。
Description
技术领域
本发明涉及激光晶体和器件领域。
背景技术
铒激光器的1.5-1.6μm输出波段处于光纤通信窗口和大气传输窗口，而且该波段激光对人眼安全，因此被广泛应用在国防和民用领域。钨酸盐晶体具有较低的有效声子能量(约900cm-1)，因此在该类基质晶体中Er3+离子4I11/2→4I13/2能级间的无辐射跃迁几率较小，4I11/2能级的荧光寿命较长，从而导致较强的上转换能量损耗，使得经波长在976nm附近的InGaAs半导体激光泵浦后，布居于4I11/2能级的Er3+离子无法有效布居到激光上能级4I13/2，从而抑制了1.5-1.6μm波段激光的有效运转。目前，利用半导体激光泵浦以Er3+和Yb3+为激活和敏化离子的双掺钨酸盐激光晶体，1.5-1.6μm波段激光输出的最大斜率效率仅为1.6％。
Ce3+离子能级结构简单，只有一个基态2F5/2和一个激发态2F7/2，此二能级间距与Er3+离子4I11/2与4I13/2能级间距比较接近。因此在Er3+离子激活的钨酸盐晶体中同时掺入Ce3+离子，可以通过声子辅助能量传递Er3+(4I11/2)+Ce3+(2F5/2)→Er3+(4I13/2)+Ce3+(2F7/2)大幅度增加Er3+离子在激光上能级4I13/2的布居。因此在Er3+离子掺杂的钨酸盐晶体中同时掺入Ce3+离子将是实现低阈值和高效1.5-1.6μm波段激光输出的一种有效方法。
发明内容
本发明的目的在于制备一类同时掺入Yb3+和Ce3+离子的Er3+离子激活的钨酸盐晶体，通过控制晶体中Er3+、Yb3+和Ce3+离子的浓度，实现低阈值和高效的1.5-1.6μm波段激光运转。
本发明包括如下技术方案：
1.一类掺杂Er3+、Yb3+和Ce3+离子的钨酸盐激光晶体，该类晶体的分子式为RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(WO4)2，其中x＝0.05-10mol％，y＝0.5-60mol％，z＝1-99.95mol％，且x+y+z≤1；R为K、Na、Li等碱金属元素中某一元素或若干元素的组合；Re为Sc、Y、La、Gd、Lu、Bi等元素中某一元素或若干元素的组合。R为Na、Li时，该系列晶体属于四方晶系，为单轴晶，空间群为I41/a，单胞参数为a＝5.20(19)
c＝11.30(13)
α＝β＝γ＝90°；R为K时，该系列晶体属于单斜晶系，为双轴晶，空间群为C2/c，单胞参数为a＝10.61(9)b＝10.19(13)
c＝7.47(13)
α＝γ＝90；β＝130.86(15)°。
2.一种输出1.5-1.6μm波段激光的固体激光器，由泵浦系统、激光腔和以项1所述的激光晶体作为激光增益介质组成，采用发射光能被该激光晶体有效吸收的泵浦源。
3.如项2所述的激光器，直接在激光晶体的两端面镀膜，构成一台没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。
4.一种输出1.5-1.6μm波段激光的可调谐激光器，在项2所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得1.5-1.6μm波段的可调谐激光运转。
5.一种输出1.5-1.6μm波段激光的脉冲激光器，在项2所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得1.5-1.6μm波段的脉冲激光运转。
6.一种输出750-800nm波段激光的倍频激光器，在项2所述固体激光器的激光腔中插入非线性光学晶体，获得750-800nm波段的倍频激光运转。
7.一种输出750-800nm波段激光的倍频脉冲激光器，在项6所述倍频激光器的激光晶体与非线性光学晶体之间插入调Q或锁模元件，实现750-800nm波段的倍频脉冲激光输出。
前述项4所述的可调谐激光器，可将输入腔镜膜和输出腔镜膜直接镀在激光晶体的泵浦端面和调谐元件的激光输出端面，构成没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。也可将激光晶体和调谐元件粘贴在一起。
前述项5所述的脉冲激光器，可将输入腔镜膜和输出腔镜膜直接镀在激光晶体的泵浦端面和调Q或锁模元件的激光输出端面，构成没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。也可将激光晶体和调Q或锁模元件粘贴在一起。
前述项6所述的倍频激光器，可将输入腔镜膜和输出腔镜膜直接镀在激光晶体的泵浦端面和非线性光学晶体的激光输出端面，构成没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。也可将激光晶体和非线性光学晶体粘贴在一起。
前述项7所述的倍频脉冲激光器，可将输入腔镜膜和输出腔镜膜直接镀在激光晶体的泵浦端面和非线性光学晶体的激光输出端面，构成没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。也可将激光晶体，调Q或锁模元件，非线性光学晶体三者粘贴或部分粘贴在一起。
实施本发明技术方案具有的有益效果是：RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(WO4)2激光晶体在空气中不潮解，具有良好的热、机械和化学稳定性；以RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(WO4)2晶体为激光增益介质可以实现低阈值和高效1.5-1.6μm波段激光输出；Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁在该类晶体中还具有较宽的荧光发射带，以RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(WO4)2晶体为激光增益介质还可实现可调谐和超短脉冲1.5-1.6μm波段激光输出。
具体实施方式
实例1：976nm半导体激光端面泵浦Er3+、Yb3+、Ce3+离子三掺NaGd(WO4)2晶体实现1588nm激光输出。
利用提拉法生长得到掺杂12.0at.％Yb3+、1.0at.％Er3+和43.0at.％Ce3+的NaGd(WO4)2晶体。然后将1.10mm厚的晶体(端面积一般在平方毫米到平方厘米)端面抛光后置于激光腔中，入射镀膜腔镜在976nm波长处高透、1588nm波长处高反(R＞99％)，出射镀膜腔镜在976nm波长处高反(R＞98％)、1588nm波长处透过率为1.8％。利用976nm半导体激光端面泵浦，此激光器即可实现阈值为2W，输出斜率效率和输出功率分别达19％和2W的1588nm激光。将其中一面或两面介质膜镀在晶体通光面上亦可构成激光器件，并实现同样的目的。
实例2：974nm半导体激光端面泵浦Er3+、Yb3+、Ce3+离子三掺NaY(WO4)2晶体实现1540nm激光输出。
利用提拉法生长得到掺杂13.0at.％Yb3+、0.9at.％Er3+和47.0at.％Ce3+的NaY(WO4)2晶体。然后将1.0mm厚的晶体(端面积一般在平方毫米到平方厘米)端面抛光后置于激光腔中，入射镀膜腔镜在974nm波长处高透、1540nm波长处高反(R＞99％)，出射镀膜腔镜在974nm波长处高反(R＞98％)、1540nm波长处透过率为3.8％。利用974nm半导体激光端面泵浦，此激光器即可实现阈值为2.1W，斜率效率和输出功率分别达16％和1.8W的1540nm激光。将其中一面或两面介质膜镀在晶体通光面上亦可构成激光器件，并实现同样的目的。
实例3：981nm半导体激光端面泵浦Er3+、Yb3+、Ce3+离子三掺KGd(WO4)2晶体实现1545nm的激光输出。
利用熔盐法生长得到掺杂10.0at.％Yb3+、0.8at.％Er3+和40.0at.％Ce3+的KGd(WO4)2晶体。然后将0.7mm厚的晶体(端面积一般在平方毫米到平方厘米)端面抛光后置于激光腔中，入射镀膜腔镜在981nm波长处高透、1545nm波长处高反(R＞99％)，出射镀膜腔镜在981nm波长处高反(R＞98％)、1545nm波长处透过率为5.8％。利用981nm半导体激光端面泵浦，此激光器即可实现阈值为2W，斜率效率和输出功率分别达15％和1.8W的1545nm激光。将其中一面或两面介质膜镀在晶体通光面上亦可构成激光器件，并实现同样的目的。
实例4：974nm半导体激光端面泵浦Er3+、Yb3+、Ce3+离子三掺NaY(WO4)2晶体实现1540nm被动调Q脉冲激光输出。
将被动调Q元件(如Co2+:MgAl2O4，Co2+:ZnSe等)插入实例2中激光晶体和输出腔镜之间，利用974nm半导体激光端面泵浦即可实现1540nm被动调Q脉冲激光输出。或者将激光晶体的一个端面与调Q元件的一个端面粘贴，再将激光晶体和调Q元件的另一个端面镀上适合974nm红外激光端面泵浦、激光谐振并输出1540nm激光的介质膜，利用974nm半导体激光端面泵浦也可输出1540nm被动调Q脉冲激光。
实例5：976nm半导体激光端面泵浦Er3+、Yb3+、Ce3+离子三掺NaGd(WO4)2晶体实现794nm的倍频激光输出。
在实例1中激光晶体和出射镀膜腔镜间加入沿倍频1588nm激光的I类相位匹配角切割的β-BBO晶体(θ＝19.9°，
)。输入腔镜在976nm波长处高透，794nm和1588nm波长处高反(R＞99％)。输出腔镜在976nm波长处高反(R＞98％)，1588nm波长处高反(R＞99％)，在794nm波长处高透(T＞80％)。利用976nm半导体激光端面泵浦即可输出794nm的倍频激光。也可以将激光晶体的一个端面与β-BBO晶体的一个端面粘贴，输入腔镜膜和输出腔镜膜直接镀在激光晶体和β-BBO晶体的另一个端面上，以实现同样的目的。
Claims (7)
1.一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体，其特征在于：该类晶体的分子式为RErxYbyCezRe(1-x-y-z)(WO4)2，其中x＝0.05-10mol％，y＝0.5-60mol％，z＝1-99.95mol％，且x+y+z≤1；R为K、Na、Li碱金属元素中某一元素或若干元素的组合；Re为Sc、Y、La、Gd、Lu、Bi元素中某一元素或若干元素的组合；R为Na、Li时，该系列晶体属于四方晶系，为单轴晶，空间群为I41/a，单胞参数为
α＝β＝γ＝90°；R为K时，该系列晶体属于单斜晶系，为双轴晶，空间群为C2/c，单胞参数为
α＝γ＝90，β＝130.86(15)°。
2.一种输出1.5-1.6μm波段激光的固体激光器，由泵浦系统、激光腔和激光增益介质组成，其特征在于：该激光器以权利要求1所述的激光晶体作为增益介质，采用发射光能被该激光晶体有效吸收的泵浦源。
3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于：直接在激光晶体的两端面镀膜，构成一台没有入射腔镜和出射腔镜的激光器。
4.一种输出1.5-1.6μm波段激光的可调谐激光器，其特征在于：在权利要求2所述固体激光器的激光腔中插入调谐元件，获得1.5-1.6μm波段的可调谐激光运转。
5.一种输出1.5-1.6μm波段激光的脉冲激光器，其特征在于：在权利要求2所述固体激光器的激光腔中插入调Q或锁模元件，获得1.5-1.6μm波段的脉冲激光运转。
6.一种输出750-800nm波段激光的倍频激光器，其特征在于：在权利要求2所述固体激光器的激光腔中插入非线性光学晶体，获得750-800nm波段的倍频激光运转。
7.一种输出750-800nm波段激光的倍频脉冲激光器，其特征在于：在权利要求6所述倍频激光器的激光晶体与非线性光学晶体之间插入调Q或锁模元件，实现750-800nm波段的倍频脉冲激光输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810071098A CN101588009B (zh) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | 一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810071098A CN101588009B (zh) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | 一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101588009A true CN101588009A (zh) | 2009-11-25 |
| CN101588009B CN101588009B (zh) | 2012-10-03 |
Family
ID=41372128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810071098A Expired - Fee Related CN101588009B (zh) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | 一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101588009B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105244760A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-01-13 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 铒、镱和铈离子掺杂的正硅酸盐晶体及其激光器件 |
| CN108505110A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-07 | 中国科学院理化技术研究所 | 锗酸钛铷锂化合物、锗酸钛铷锂非线性光学晶体及其制备方法和应用 |
| CN109428257A (zh) * | 2017-09-01 | 2019-03-05 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1622403A (zh) * | 2003-11-27 | 2005-06-01 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 宽带可调谐激光晶体掺铬碱金属钼、钨酸盐 |
| CN1837422A (zh) * | 2005-03-25 | 2006-09-27 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途 |
-
2008
- 2008-05-22 CN CN200810071098A patent/CN101588009B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105244760A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-01-13 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 铒、镱和铈离子掺杂的正硅酸盐晶体及其激光器件 |
| CN109428257A (zh) * | 2017-09-01 | 2019-03-05 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件 |
| WO2019042191A1 (zh) * | 2017-09-01 | 2019-03-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件 |
| CN109428257B (zh) * | 2017-09-01 | 2020-05-05 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件 |
| US11616336B2 (en) * | 2017-09-01 | 2023-03-28 | Fujian Institute Of Research On The Structure Of Matter, Chinese Academy Of Sciences | Erbium-doped silicate crystals and 1.5 μm lasers using the same |
| CN108505110A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-07 | 中国科学院理化技术研究所 | 锗酸钛铷锂化合物、锗酸钛铷锂非线性光学晶体及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101588009B (zh) | 2012-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Koch et al. | Photon avalanche upconversion laser at 644 nm | |
| Wang et al. | Highly efficient diode-pumped ytterbium-doped yttrium aluminum borate laser | |
| Wang et al. | Diode-pumped cw tunable Er3+: Yb3+: YCOB laser at 1.5–1.6 μm | |
| CN101588010B (zh) | 一类掺杂铒、镱和铈离子的钼酸盐激光晶体及其用途 | |
| Zhou et al. | Diode-pumped continuous-wave a-and c-cut Pr: Sr0. 5La0. 5Mg0. 5Al11. 5O19 (Pr: ASL) visible lasers at 645 and 726 nm | |
| CN105063755B (zh) | 铒离子激活的焦硅酸盐晶体及其1.55微米波段固体激光器件 | |
| CN101588009B (zh) | 一类掺杂铒、镱和铈离子的钨酸盐激光晶体及其用途 | |
| CN101165978A (zh) | 以铒和镱离子双掺硼铝酸盐晶体为增益介质的1.5-1.6μm波段激光器 | |
| CN106532423B (zh) | 一种共振泵浦1.5-1.6微米波段固体激光器 | |
| CN101148357A (zh) | 掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明激光陶瓷的制备方法 | |
| CN105244760A (zh) | 铒、镱和铈离子掺杂的正硅酸盐晶体及其激光器件 | |
| CN103614776A (zh) | 一种2.9微米附近波长激光晶体及其制备方法 | |
| CN103924297A (zh) | 钬镱镨三掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN114108072B (zh) | 稀土离子掺杂的GdScO3激光晶体制备及其应用 | |
| CN101499612B (zh) | 一种自倍频近红外固体激光器 | |
| Ju et al. | Room temperature single longitudinal mode Tm, Ho: YAP microchip laser at 2102.6 nm | |
| CN109023524A (zh) | 一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN107546566A (zh) | 镝离子激活的焦硅酸盐晶体及其可见波段固体激光器件 | |
| CN104577701A (zh) | 1.55微米波段铒镱双掺磷酸盐晶体激光器 | |
| US11616336B2 (en) | Erbium-doped silicate crystals and 1.5 μm lasers using the same | |
| CN110048300B (zh) | 基于磷酸钆晶体的激光器 | |
| Liu et al. | Laser performance of disordered Yb: Ca3 (NbGa) 2–xGa3O12 crystal under diode pumping at 974–976 nm | |
| CN105633790A (zh) | 一种利用GaN激光二极管泵浦稀土离子掺杂钽铌酸盐实现可见激光的方法 | |
| CN105887200A (zh) | 一种铥钬共掺镓酸锶镧激光晶体、制造方法及其应用 | |
| Han et al. | Efficient passively Q-switched miniature Yb: Lu3Ga5O12 crystal laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121003 |