CN101834403A - 一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器 - Google Patents

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陈雨金
黄艺东
林炎富
龚兴红
黄建华
罗遵度
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Abstract

本发明公开了一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器。本发明属于激光晶体和器件领域。利用一块掺杂稀土离子和过渡族金属离子的双掺非线性激光晶体GdAl3(BO3)4或LaSc3(BO3)4作为增益介质，利用该类晶体同时具有受激发射和非线性光学性能的特性，采用能被该晶体中的稀土离子有效吸收的红外光作为泵浦源，通过确定该晶体在基波激光波长处的自倍频相位匹配方向，将基波激光波长经该晶体自身倍频后处于晶体中过渡族金属离子的有效吸收谱带中，过渡族金属离子吸收该倍频光后输出可调谐激光。该器件由单一激光晶体与调谐元件和激光腔镜构成，结构简单紧凑，稳定性和可靠性高。

Description

一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器
技术领域
本发明涉及激光晶体和器件领域。
背景技术
可调谐激光器因其输出激光波长在几百纳米范围内连续可调而在许多领域得到广泛应用。与染料可调谐激光器相比，固体可调谐激光器使用寿命长、光束质量高，是可调谐激光技术的发展方向。其中的掺钛蓝宝石激光器以调谐波长范围宽、转换效率高、输出功率大而著称。其典型的构成为：利用输出波长在808nm附近GaAlAs半导体泵浦激光晶体Nd3+:YVO4或Nd3+:YAG产生1064nm波长的激光，经非线性光学晶体KTP或LBO倍频得到532nm绿色激光，再用该绿色激光泵浦可调谐激光晶体Ti3+:Al2O3并最终输出在700nm到1200nm波长范围可调谐的激光。该激光系统需要两块激光晶体和一块非线性光学晶体，器件结构复杂，维护困难，稳定性和可靠性都比较差，而且价格比较昂贵，对使用环境的要求也比较高，在很多领域都无法应用。
发明内容
本发明的目的是只利用一块双掺稀土离子和过渡族金属离子的非线性激光晶体作为增益介质，利用该类晶体同时具有受激发射和非线性光学性能的特性，采用能被该晶体中的稀土离子有效吸收的红外光作为泵浦源，通过确定该晶体在基波激光波长处的自倍频相位匹配方向，将基波激光波长经该晶体自身倍频后处于晶体中过渡族金属离子的有效吸收谱带中，过渡族金属离子吸收该倍频光后输出可调谐固体激光。
本发明包括如下技术方案：
一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器，是由红外光泵浦系统、掺杂稀土离子和过渡族金属离子的双掺非线性激光晶体、波长调谐元件和镀上介质膜的激光腔镜组成，其特征在于：该激光器只采用一块GdAl3(BO3)4或一块LaSc3(BO3)4双掺非线性激光晶体作为激光介质，并以0.5at.％～10.0at.％的Nd3+离子或1.0at.％～50.0at.％的Yb3+离子取代Gd3+离子和La3+离子，同时以0.5at.％～10.0at.％的Cr3+离子或0.05at.％～5.0at.％的Ti3+离子取代Al3+和Sc3+离子，采用能被该双掺非线性激光晶体中的稀土离子有效吸收的红外光作为泵浦源，实现可调谐固体激光输出；该双掺非线性激光晶体根据基波激光的自倍频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。
所述的双掺非线性激光晶体的两端面镀红外泵浦光、稀土离子基波光和过渡族金属离子可调谐激光的增透膜。
直接将对稀土离子的倍频光高反，对过渡族金属离子可调谐激光高透的介质膜镀在所述双掺非线性激光晶体面向波长调谐元件的端面上。
该固体可调谐激光器的一种基本构造如附图所示，其中1是双掺非线性激光晶体，其通光方向与倍频稀土离子基波激光的相位匹配方向一致；2是激光腔的入射镀膜腔镜；3是对稀土离子的倍频光高反，对过渡族金属离子可调谐激光高透的镀膜片；4是对过渡族金属离子激光波长进行调谐的元件或元件组合；5是激光腔的出射镀膜腔镜；6是端面泵浦的红外光入射方向；7是侧向泵浦的红外光入射方向；8是可调谐激光出射方向。
利用本发明技术方案制造的可调谐固体激光器具有的有益效果是激光器件更加紧凑，在很大程度上克服了器件制造、维护、调整的复杂性，降低了制造和维护成本，提高了运转的稳定性和可靠性，将进一步拓展可调谐固体激光的应用领域。
附图说明
附图为一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器结构简图。
具体实施方式
实例1：807nm波长的红外光端面泵浦双掺Nd3+和Cr3+的GdAl3(BO3)4非线性激光晶体产生650nm到800nm波长范围的可调谐固体激光。
双掺非线性激光晶体Nd0.04Gd0.96(Cr0.01Al0.99)3(BO3)4两端面沿垂直于I类相位匹配角θ＝30.3°定向切割，同时确定晶体的大小(一般为φ5×20mm3的圆柱)，端面抛光后置于入射腔镜2和膜片3之间。入射镀膜腔镜2在泵浦光波长807nm附近高透、Nd3+离子基波激光波长1064nm附近、倍频光532nm附近、Cr3+离子激光调谐范围650nm到800nm高反(反射率R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(反射率R＞99％)、650nm到800nm调谐范围高透。调谐元件3可以采用有效调谐波长范围在650nm到800nm的双折射滤光片、光栅或棱镜等，镀膜腔镜5在650nm到800nm调谐范围的透过率在1％到10％之间(根据红外光泵浦功率确定)。这便是一个适于807nm红外光沿方向6端面泵浦，沿方向8输出650nm到800nm的结构简单可调谐固体激光器。
实例2：976nm波长的红外光端面泵浦双掺Yb3+和Ti3+的GdAl3(BO3)4非线性激光晶体产生700nm到950nm波长范围的可调谐激光。
双掺非线性激光晶体Yb0.2Gd0.8(Ti0.005Al0.995)3(BO3)4两端面沿垂直于I类相位匹配角θ＝32.9°定向切割，同时确定晶体的大小(一般为φ5×20mm3的圆柱)，端面抛光后置于入射腔镜2和膜片3之间。入射镀膜腔镜2在泵浦光波长976nm附近高透、Yb3+离子基波激光波长1040nm附近、倍频光520nm附近、Ti3+离子激光调谐范围700nm到950nm高反(反射率R＞99％)；膜片3在1040nm附近、520nm附近高反(反射率R＞99％)、700nm到950nm调谐范围高透。调谐元件3可以采用有效调谐波长范围在700nm到950nm的双折射滤光片、光栅或棱镜等，镀膜腔镜5在700nm到950nm调谐范围的透过率在1％到10％之间(根据红外光泵浦功率确定)。这便是一个适于976nm红外光沿方向6端面泵浦，沿方向8输出700nm到950nm的结构简单可调谐固体激光器。
实例3：807nm波长的红外光端面泵浦双掺Nd3+和Cr3+的LaSc3(BO3)4非线性激光晶体产生650nm到800nm波长范围的可调谐激光。
双掺非线性激光晶体Nd0.03La0.97(Cr0.01Sc0.99)3(BO3)4两端面沿垂直于自倍频相位匹配角定向切割，同时确定晶体的大小(一般为φ5×20mm3的圆柱)，端面抛光后置于入射腔镜2和膜片3之间。入射镀膜腔镜2在泵浦光波长807nm附近高透、Nd3+离子基波激光波长1064nm附近、倍频光532nm附近、Cr3+离子激光调谐范围650nm到800nm高反(反射率R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(反射率R＞99％)、650nm到800nm调谐范围高透。调谐元件3可以采用有效调谐波长范围在650nm到800nm的双折射滤光片、光栅或棱镜等，镀膜腔镜5在650nm到800nm调谐范围的透过率在1％到10％之间(根据红外光泵浦功率确定)。这便是一个适于807nm红外光沿方向6端面泵浦，沿方向8输出650nm到800nm的结构简单可调谐固体激光器。
实例4：976nm波长的红外光端面泵浦双掺Yb3+和Ti3+的LaSc3(BO3)4非线性激光晶体产生700nm到950nm波长范围的可调谐激光。
双掺非线性激光晶体Yb0.1La0.9(Ti0.0058c0.995)3(BO3)4两端面沿垂直于自倍频相位匹配角定向切割，同时确定晶体的大小(一般为φ5×20mm3的圆柱)，端面抛光后置于入射腔镜2和膜片3之间。入射镀膜腔镜2在泵浦光波长976nm附近高透、Yb3+离子基波激光波长1040nm附近、倍频光520nm附近、Ti3+离子激光调谐范围700nm到950nm高反(反射率R＞99％)；膜片3在1040nm附近、520nm附近高反(反射率R＞99％)、700nm到950nm调谐范围高透。调谐元件3可以采用有效调谐波长范围在700nm到950nm的双折射滤光片、光栅或棱镜等，镀膜腔镜5在700nm到950nm调谐范围的透过率在1％到10％之间(根据红外光泵浦功率确定)。这便是一个适于976nm红外光沿方向6端面泵浦，沿方向8输出700nm到950nm的结构简单可调谐固体激光器。

Claims (3)

1.一种采用双掺非线性激光晶体的可调谐固体激光器，是由红外光泵浦系统、掺杂稀土离子和过渡族金属离子的双掺非线性激光晶体、波长调谐元件和镀上介质膜的激光腔镜组成，其特征在于：该激光器只采用一块GdAl3(BO3)4或一块LaSc3(BO3)4双掺非线性激光晶体作为激光介质，并以0.5at.％～10.0at.％的Nd3+离子或1.0at.％～50.0at.％的Yb3+离子取代Gd3+离子和La3+离子，同时以0.5at.％～10.0at.％的Cr3+离子或0.05at.％～5.0at.％的Ti3+离子取代Al3+和Sc3+离子，采用能被该双掺非线性激光晶体中的稀土离子有效吸收的红外光作为泵浦源，实现可调谐固体激光输出；该双掺非线性激光晶体根据基波激光的自倍频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的双掺非线性激光晶体的两端面镀红外泵浦光、稀土离子基波光和过渡族金属离子可调谐激光的增透膜。
3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：直接将对稀土离子的倍频光高反，对过渡族金属离子可调谐激光高透的介质膜镀在所述双掺非线性激光晶体面向波长调谐元件的端面上。
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