CN102545027A - 掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 - Google Patents
掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102545027A CN102545027A CN2012100305439A CN201210030543A CN102545027A CN 102545027 A CN102545027 A CN 102545027A CN 2012100305439 A CN2012100305439 A CN 2012100305439A CN 201210030543 A CN201210030543 A CN 201210030543A CN 102545027 A CN102545027 A CN 102545027A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- yag
- laser
- crystal
- self
- yag crystal
- 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
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 title abstract description 209
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 207
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 title abstract description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 144
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 125
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 27
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 11
- SUGBOGZJHRRANK-UHFFFAOYSA-N chromium ytterbium Chemical compound [Cr][Yb] SUGBOGZJHRRANK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 37
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 14
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001430 chromium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,涉及一种激光器。提供一种通过键合Yb:YAG晶体与Cr,Yb:YAG晶体获得的具有高效、高峰值功率激光输出的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器。设有泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体;所述泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体从前至后依次排列并位于同一光轴上,所述激光增量介质Yb:YAG晶体的后表面镀增透膜及高反膜作为激光腔的后腔镜,所述Cr,Yb:YAG晶体的前表面镀增透膜及反射膜作为激光腔的前腔镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器,尤其是涉及一种通过键合Yb:YAG晶体与Cr,Yb:YAG晶体获得的具有高效、高峰值功率激光输出的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石(Yb:YAG/Cr,Yb:YAG)自调Q激光器。
背景技术
掺稀土离子的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12,即YAG)由于具有优良的物理机械性能、高的化学稳定、优良的光学性能,在当前固体激光器领域占据着举足轻重的地位。特别是Yb:YAG晶体具有宽的吸收带、长的荧光寿命、高掺杂浓度和高的量子效率,在相同的泵浦功率下,Yb:YAG晶体在激光运行时产生的热仅为Nd:YAG的三分之一。采用端面泵浦、侧面泵浦的棒状激光器及薄片激光器获得了千瓦甚至几十千瓦的连续激光输出。高掺杂浓度的Yb:YAG晶体非常适合微片激光器的研制,基于被动调Q的Yb:YAG微片激光器实现了亚纳秒、峰值功率高达百千瓦的激光输出,因此Yb:YAG晶体在激光器领域内受到越来越多的重视。
激光二极管抽运的被动调Q固体激光器可以产生高的脉冲能量及峰值功率,同时拥有接近衍射界限的光束质量,在遥感、激光测距、污染监测、激光雷达、材料加工及激光点火等领域具有非常广阔的应用前景。用作被动调Q开关的可饱和吸收体材料通常有半导体材料和Cr4+:YAG激光材料,而Cr4+:YAG可饱和吸收体材料具有热导性好、吸收截面大、饱和光强小、损伤阈值高、无退化现象等优点,使得它在基于掺Nd3+及Yb3+离子的的被动调Q激光器中作为可饱和吸收体显示出了极大的优越性。Cr4+:YAG可饱和吸收体的另外一个显著优点是可以和Nd3+离子及Yb3+离子在YAG基质中共掺从而可以生长出双掺的Cr,Nd:YAG及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体,采用激光二极管作为泵浦源获得集成化、小型化的自调Q固体激光器。但是由于Nd3+离子在YAG晶体中的分凝吸收很小,在Cr,Nd:YAG自调Q激光晶体中很难实现Nd3+离子的高浓度掺杂,因此Cr,Nd:YAG自调Q激光器的激光性能受到了很大的限制。特别是微片激光器需要采用薄的激光增益介质来获得短的激光脉冲输出,因此需要采用高掺杂浓度的激光材料来吸收足够的泵浦光获得高效的激光输出。由于Yb3+离子的离子半径与Y3+离子的相近,因此在Yb:YAG晶体中可以实现高浓度掺杂,同样在Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体中也可以实现Yb3+离子的高浓度掺杂,因此Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体具有Cr,Nd:YAG自调Q激光晶体不可比拟的光学及机械热性能优点。1999年中国科学院上海光学精密机械研究所的董俊等人首次生长出了Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体并对其光谱特性进行了详细的报道([1,2]J.Dong,P.Deng,and J.Xu,″The growth of Cr4+,Yb3+:yttrium aluminumgarnet(YAG)crystal and its absorption spectra properties,″J.Crystal Growth 203,163-167(1999).J.Dong,P.Deng,and J.Xu,″Spectral and luminescence properties of Cr4+and Yb3+ions in yttriumaluminum garnet(YAG),″Opt.Mater.14,109-113(2000).)。2002年中国科学院上海光学精密机械研究所的J.Dong等人([3]J.Dong,P.Deng,Y.Liu,Y.Zhang,G.Huang,and F.Gan,″Performance of the self-Q-switched Cr,Yb:YAG laser,″Chin.Phys.Lett.19,342-344(2002).)采用高光束质量的钛宝石可调谐激光器作为泵浦源首次实现了Cr,Yb:YAG自调Q激光的输出。2003年,Y.Zhou等人([4]Zhou,Q.Thai,Y.C.Chen,and S.Zhou,″Monolithic Q-switchedCr,Yb:YAG laser,″Opt.Commun.219,365-367(2003).)采用0.75mm厚的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体作为激光增益介质,其中Yb3+离子的掺杂浓度为5at.%,Cr离子的掺杂浓度为0.5at.%,在激光二极管的泵浦下获得了0.5ns的自调Q激光输出,但是由于采用的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体中Yb3+离子的掺杂浓度低,输出激光的效率非常低,而且伴随着Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体光学镀膜的损伤,没有实际应用前景。2005年,J.Dong等人([5]J.Dong,J.Li,S.Huang,A.Shirakawa,and K.Ueda,″Multi-longitudinal-mode oscillation ofself-Q-switched Cr,Yb:YAG laser with a plano-concave resonator,″Opt.Commun.256,158-165(2005).)采用Yb3+离子掺杂浓度为10at.%的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体作为激光增益介质,采用平-凹腔实现了激光二极管泵浦的Cr,Yb:YAG的自调Q激光输出。随后J.Dong等人采用Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体作为激光增益介质实现了激光二极管泵浦的Cr,Yb:YAG微片自调Q激光输出,获得了440ps、23.5μJ、峰值功率高达53kW的脉冲激光([6]J.Dong,A.Shirakawa,S.Huang,Y.Feng,T.Takaichi,M.Musha,K.Ueda,and A.A.Kaminskii,″Stablelaser-diode pumped microchip sub-nanosecond Cr,Yb:YAG self-Q-switched laser,″Laser Phys.Lett.2,387-391(2005).)。但是由于在Yb:YAG晶体中共掺了Cr4+离子,晶体的缺陷增多,荧光寿命相比与Yb:YAG晶体有明显的缩短([7]J.Dong,and P.Deng,″The effect of Cr concentrationon emission cross section and fluorescence lifetime in Cr,Yb:YAG crystal,″J.Lumin.104,151-158(2003).),激光的阈值高。而且Cr4+离子从800到1300nm具有非常宽的吸收带([8,9]H.Eilers,U.Hommerich,S.M.Jacobsen,W.M.Yen,K.R.Hoffman,and W.Jia,″Spectroscopy anddynamics of Cr4+:Y3Al5O12,″Phys.Rev.B.49,15505-15513(1994).R.Feldman,Y.Shimony,andZ.Brushtein,″Dynamics of chromium ion valence transformation in Cr,Ca:YAG used as laser gainand passively Q-switching media,″Opt.Mater.24,333-344(2003).),因此在Yb3+离子的吸收带(940nm处)有很强的吸收,对于有效利用泵浦光造成了很大的影响,因此激光的效率低。通过深入的研究表明,如果进一步增加Cr4+离子浓度,不仅激光输出效率更低,甚至不能获得的激光输出,因此双掺Cr,Yb:YAG自调Q材料不适合通过增加Cr4+离子的浓度来实现高峰值功率、亚纳秒激光脉冲输出。
由于Yb:YAG晶体属于准三能级系统,在激光波长处有一定的吸收,在室温下运行时需要高的泵浦功率密度来获得高效的激光输出。传统的Yb:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光器中的激光增益介质Yb:YAG用来吸收泵浦光,而Cr4+:YAG则只是作为被动调Q开关元件,对泵浦光的吸收没有任何作用。Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体中的Yb3+离子和Cr4+离子对泵浦光都存在吸收,但是只用Yb3+离子吸收的泵浦光才对激光粒子反转数有作用,而Cr4+离子对泵浦光的吸收造成了对泵浦光的损耗,因此整个系统的工作效率是低下的,不利于获得高效集成化小型化高峰值功率固体激光器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过键合Yb:YAG晶体与Cr,Yb:YAG晶体获得的具有高效、高峰值功率激光输出的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石(Yb:YAG/Cr,Yb:YAG)自调Q激光器。
本发明设有泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体;所述泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体从前至后依次排列并位于同一光轴上,所述激光增量介质Yb:YAG晶体的后表面镀增透膜及高反膜作为激光腔的后腔镜,所述Cr,Yb:YAG晶体的前表面镀增透膜及反射膜作为激光腔的前腔镜。
所述泵浦源可采用940nm激光二极管,所述增透膜可为940nm增透膜,所述高反膜可采用1030nm高反膜,所述反射膜可采用1030nm部分反射膜。
本发明可由940nm激光二极管作为泵浦源,激光二极管输出的激光通过一个隔离器来防止反射的泵浦光对激光二极管的损伤,通过两个柱状透镜来耦合和聚焦泵浦光到Yb:YAG晶体的后表面,Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体中Yb:YAG晶体的后表面可镀940nm的增透膜及1030nm的高反膜(反射率大于99%)作为激光器的后腔面,Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的前表面镀1030nm的部分反射膜作为激光器的前腔镜。
与现有Yb:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器及Cr,Yb:YAG自调Q激光器相比,本发明由于充分利用了Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构材料中Yb:YAG晶体对泵浦光的吸收,同时通过Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体对泵浦光的进一步吸收,极大限度地提高了泵浦光对激光粒子反转数的效率。而且充分地发挥了自调Q激光晶体被动调Q的作用,降低了Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体中Cr4+离子对泵浦光的吸收损耗,从而极大地提高了泵浦光的利用效率,获得高效的激光输出,可以使整套激光器件更加小型化、集成化和实用化。激光工作物质采用<111>方向生长的Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体,采用端面泵浦的方式有效地使泵浦光和输出激光耦合,不仅可以获得高光束质量激光输出,而且可以通过Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体对泵浦光的有效吸收,提升由泵浦光所导致的激光粒子反转数,从而实现Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q微片激光器的高效、高峰值功率激光输出。所以本发明能够获得比原有Yb:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光及Cr,Yb:YAG自调Q激光技术更高的亮度、更高的峰值功率,而且输出激光可以实现高的光学转换效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为Yb:YAG晶体、Cr4+:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体在室温下的吸收光谱。在图2中,横坐标为波长Wavelength(nm),纵坐标为吸收系数Absorption coefficient(cm-1);曲线a为Yb:YAG晶体,曲线b为Cr4+:YAG晶体,曲线c为Cr,Yb:YAG;其中Yb3+离子的掺杂浓度为10at.%,Cr离子的掺杂浓度为0.025at.%。
图3为泵浦光强度在Yb:YAG晶体及Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体中的分布。在图3中,横坐标为长度Length(mm),纵坐标为泵浦光强度Pump power intensity(a.u.);曲线a为Yb:YAG晶体,曲线b为Cr,Yb:YAG。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1,本发明实施例设有泵浦源1、隔离器2、第1柱状透镜3、第2柱状透镜4、激光增量介质Yb:YAG晶体5和Cr,Yb:YAG晶体6;所述泵浦源1、隔离器2、第1柱状透镜3、第2柱状透镜4、激光增量介质Yb:YAG晶体5和Cr,Yb:YAG晶体6从前至后依次排列并位于同一光轴上,所述激光增量介质Yb:YAG晶体5的后表面镀增透膜及高反膜7作为激光腔的后腔镜,所述Cr,Yb:YAG晶体6的前表面镀增透膜及反射膜8作为激光腔的前腔镜。
所述泵浦源1采用940nm激光二极管,所述增透膜为940nm增透膜,所述高反膜7采用1030nm高反膜,所述反射膜8采用1030nm部分反射膜。
本发明所用的激光增益介质是用提拉法(Czochralski)沿<111>方向生长的优质Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体,以Yb3+离子掺杂浓度为10at.%的Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体为例来说明本发明的内容,其中Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体中Cr离子的掺杂浓度为0.025at.%。
以940nm激光二极管作为泵浦源1,从激光二极管出射的激光通过隔离器2,通过隔离器的入射激光经过第1柱状透镜3来压缩泵浦光的快轴发散角,用第2个柱状透镜4来压缩激光二极管的慢轴发散角;通过第1柱状透镜3和第2柱状透镜4的光学耦合和聚焦在激光增益介质Yb:YAG晶体5的入射面上形成一个面积为(50×50)μm2的泵浦光斑;Yb:YAG晶体5的后表面镀940nm的增透膜及1030nm的高反膜7作为激光腔的后腔镜;Cr,Yb:YAG晶体6的前表面镀940nm的增透膜及1030nm的部分反射膜8作为激光腔的后腔镜。
以下给出所述Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q微片激光器的制作方法:
首先把优质的Yb3+离子掺杂浓度为10at.%的Yb:YAG晶体5及Yb3+离子掺杂浓度为10at.%、Cr离子掺杂浓度为0.025at.%的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体6切割成尺寸为Φ10×1.5mm的晶体毛坯、然后对该晶体毛坯进行粗磨、细磨和抛光,获得光学平行度小于1/10λ、厚度为1mm的晶体薄片。然后对抛光后的Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体进行键合从而制备出Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体。最后对键合好的Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体进行镀膜。镀膜的具体指标如下:面对940nm泵浦光入射的Yb:YAG晶体微片的一面镀940nm的增透膜和1030nm的高反膜作为微片激光器激光腔的后腔镜7,Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体的另外一面镀1030nm的部分反射膜形成激光器的前腔镜(通常镀50%反射膜来实现高峰值功率的1030nm激光输出,而且可避免由于高峰值功率激光振荡导致的激光镀膜的损伤)。用940nm的激光二极管作为泵浦源,通过由两个不同焦距的聚焦透镜组成的光学耦合系统在Yb:YAG晶体的入射面获得直径为100微米的泵浦光斑,提高泵浦光与输出激光的模式匹配。输出激光的功率通过功率计来测量,对于输出激光脉冲特性的测试则是通过高灵敏度的光电探测仪及数字示波器来测试。其它基于高掺杂浓度(>10at.%)的Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q微片激光器可以根据其具体掺杂浓度来确定其优化的晶体厚度,从而实现高效、高峰值功率激光输出。
通过对Cr4+:YAG被动调Q Yb:YAG激光器及Cr,Yb:YAG自调Q激光器的对比研究分析发现,利用Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体由于掺杂Cr离子所造成的荧光寿命缩短的特性,通过进一步吸收通过Yb:YAG晶体后的残余泵浦光可有效地提高Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体中粒子反转数的水平,从而可获得高效的自调Q激光脉冲输出。
本发明利用Yb:YAG晶体吸收一定的泵浦光,剩余的泵浦光经过Cr,Yb:YAG晶体的进一步吸收,从而增加Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光器对泵浦光的吸收效率,提高粒子反转数,实现高效的自调Q激光脉冲输出,从而获得一种小型化、集成化的激光二极管泵浦的自调Q微片固体激光器。对于Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光器而言,晶体吸收泵浦光所导致的粒子反转数可以用以下公式表示:
其中Pp是入射到Yb:YAG晶体上的泵浦光功率;αYb和αCrYb分别是Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体在940nm处的吸收系数;l和ls分别是Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体的厚度;τ和τs分别是Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体的荧光寿命;hvp是泵浦光光子能量;wp是泵浦光斑半径。Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光器中激光粒子反转数是由Yb:YAG晶体吸收泵浦光所造成的粒子反转数和Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体吸收泵浦光做造成的粒子反转数两部分组成。对于Yb离子掺杂浓度相同的Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体而言,其在940nm泵浦光主吸收峰处的吸收系数有一点差别(如图2所示),主要是来源于Cr4+离子在940nm处的吸收。图3给出了掺10at.%Yb3+离子的Yb:YAG晶体及Yb:YAG/Cr,Yb:YAG键合晶体在不同部位泵浦光的强度分布,其中Cr,Yb:YAG晶体中Cr离子的掺杂浓度为0.025at.%。从图3可以看出,如果只是采用Yb:YAG晶体作为激光增益介质,泵浦光强度的分布呈指数衰减;如果是Yb:YAG/Cr,Yb:YAG键合晶体的话,由于Cr,Yb:YAG晶体的在940nm处的吸收系数比Yb:YAG晶体的大一些,因此对Cr,Yb:YAG部分而言,不同位置的泵浦光强度要小一些(如图3中的插图所示)。尽管采用单块Yb:YAG晶体或者Yb:YAG/Cr,Yb:YAG键合晶体对泵浦光吸收的变化基本不大,但是掺0.025at.%Cr离子的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的荧光寿命为584μs,比Yb:YAG晶体的荧光寿命(951μs)有明显的缩短,而且由于泵浦光所造成的反转粒子数与激光材料的荧光寿命呈正比,因此对反转粒子数的影响是非常大的。因此根据晶体吸收泵浦光所导致的粒子反转数的公式(1),可以得出如下结论:
1)1mm厚Yb:YAG晶体吸收泵浦光所产生的粒子反转数大概是1mm厚Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的1.6倍;
2)如果把1mm厚的Yb:YAG晶体键合到0.5mm厚的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体上,则1.5mm厚Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光晶体吸收泵浦光产生的粒子反转数是1mm厚Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体吸收泵浦光产生粒子反转数的2倍,是1.5厚Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体吸收泵浦光产生粒子反转数的1.5倍。因此通过键合Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体可以获得高的离子反转数,从而在Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光器中实现高效的激光输出。
本发明的关键技术是控制Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合材料中Yb:YAG晶体的厚度,Yb:YAG晶体吸收一定的泵浦光后,保证足够的残余泵浦光被Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体吸收,产生足够的激光粒子反转数;其次是Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的厚度与Cr离子掺杂浓度的控制,保证获得高效、短脉冲、高峰值功率激光输出。
激光二极管泵浦的Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构自调Q激光器,主要涉及到采用键合技术键合Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体作为激光增益介质和被动调Q开关元件。通过控制Yb:YAG晶体及Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的掺杂浓度、厚度来实现高电光转化效率、高光束质量、高亮度、高峰值功率的集成化、小型化微片自调Q固体激光器。
Claims (5)
1.掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,其特征在于设有泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体;所述泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第2柱状透镜、激光增量介质Yb:YAG晶体和Cr,Yb:YAG晶体从前至后依次排列并位于同一光轴上,所述激光增量介质Yb:YAG晶体的后表面镀增透膜及高反膜作为激光腔的后腔镜,所述Cr,Yb:YAG晶体的前表面镀增透膜及反射膜作为激光腔的前腔镜。
2.如权利要求1所述的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,其特征在于所述泵浦源采用940nm激光二极管。
3.如权利要求1所述的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,其特征在于所述增透膜为940nm增透膜。
4.如权利要求1所述的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,其特征在于所述高反膜采用1030nm高反膜。
5.如权利要求1所述的掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调Q激光器,其特征在于所述反射膜采用1030nm部分反射膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201210030543 CN102545027B (zh) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | 掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201210030543 CN102545027B (zh) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | 掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102545027A true CN102545027A (zh) | 2012-07-04 |
CN102545027B CN102545027B (zh) | 2013-08-21 |
Family
ID=46351274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201210030543 Expired - Fee Related CN102545027B (zh) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | 掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102545027B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104795722A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-07-22 | 厦门大学 | 一种用于操控微粒子的模式可控激光笔 |
CN104051958B (zh) * | 2014-07-04 | 2017-01-11 | 青岛镭视光电科技有限公司 | 一种自调q激光器 |
CN107431328A (zh) * | 2015-01-20 | 2017-12-01 | 金南成 | 高效激光点火装置 |
CN108462030A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-28 | 微创未来(北京)激光技术有限公司 | 一种复合波长激光器及口腔激光手柄 |
CN111653926A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-11 | 河北工业大学 | 一种小型化人眼安全脉冲激光器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030008448A1 (en) * | 1999-05-27 | 2003-01-09 | Kafka James D. | Remote UV laser system and methods of use |
CN1484347A (zh) * | 2003-07-29 | 2004-03-24 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 带状微片自调q双包层光纤放大器 |
CN1648289A (zh) * | 2004-11-26 | 2005-08-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双掺铬镱钆镓石榴石自调q激光晶体及其生长方法 |
CN1804150A (zh) * | 2005-12-02 | 2006-07-19 | 西南技术物理研究所 | 掺镱和四价铬钇铝石榴石激光晶体的生长方法 |
WO2007064298A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Agency For Science, Technology And Research | Q-switched laser arrangement |
-
2012
- 2012-02-10 CN CN 201210030543 patent/CN102545027B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030008448A1 (en) * | 1999-05-27 | 2003-01-09 | Kafka James D. | Remote UV laser system and methods of use |
CN1484347A (zh) * | 2003-07-29 | 2004-03-24 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 带状微片自调q双包层光纤放大器 |
CN1648289A (zh) * | 2004-11-26 | 2005-08-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双掺铬镱钆镓石榴石自调q激光晶体及其生长方法 |
WO2007064298A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Agency For Science, Technology And Research | Q-switched laser arrangement |
CN1804150A (zh) * | 2005-12-02 | 2006-07-19 | 西南技术物理研究所 | 掺镱和四价铬钇铝石榴石激光晶体的生长方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
董俊等: "钛宝石激光器泵浦(Cr4+,Nd3+):YAG晶体的自调Q激光器", 《硅酸盐学报》, vol. 28, no. 6, 31 December 2000 (2000-12-31), pages 557 - 559 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104051958B (zh) * | 2014-07-04 | 2017-01-11 | 青岛镭视光电科技有限公司 | 一种自调q激光器 |
CN107431328A (zh) * | 2015-01-20 | 2017-12-01 | 金南成 | 高效激光点火装置 |
CN104795722A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-07-22 | 厦门大学 | 一种用于操控微粒子的模式可控激光笔 |
CN108462030A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-28 | 微创未来(北京)激光技术有限公司 | 一种复合波长激光器及口腔激光手柄 |
CN111653926A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-11 | 河北工业大学 | 一种小型化人眼安全脉冲激光器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102545027B (zh) | 2013-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102545027B (zh) | 掺镱钇铝石榴石与双掺铬镱钇铝石榴石自调q激光器 | |
CN101483309B (zh) | 以可饱和吸收体作为选频和调q元件的双波长激光器及应用 | |
CN109378691B (zh) | 一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器 | |
CN105958313B (zh) | 基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器及其在全固态激光器中的应用 | |
CN105071217A (zh) | 一种自倍频全固态黄光激光器 | |
CN113594842A (zh) | 一种铒掺杂激光器超短脉冲产生装置及方法 | |
Cheng et al. | Passively Q-switched laser performance of a diode-pump mixed Nd: Lu 0.15 Y 0.85 VO 4 crystal | |
Stehlík et al. | Wavelength tunability of laser based on Yb-doped GGAG crystal | |
Chen et al. | Spectroscopic properties and high-power laser operation of Yb0. 14: Y0. 77Gd0. 09Ca4O (BO3) 3 mixed crystal | |
CN108923236B (zh) | 一种基于钕离子掺杂的钒酸盐晶体激光器 | |
CN107994453B (zh) | 激光二极管泵浦的二硫化钨调QYb:GYSO全固态激光器 | |
Yuan et al. | Dual-end-pumped high-power Cr 2+: ZnS passively Q-switched Ho: YAG ceramic laser | |
Dong et al. | Efficient laser performance of Yb: Y3Al5O12/Cr4+: Y3Al5O12 composite crystals | |
Chen et al. | Efficient 1.9 μm monolithic Tm3+: NaLa (MoO4) 2 micro-laser | |
Jia | Laser diode end-pumped V: YAG passively Q-switched UV lasers at 335 nm | |
CN203932662U (zh) | 克尔透镜自锁模Yb:LYSO激光器 | |
CN102074886A (zh) | 晶体取向选择偏振态可控微片激光器 | |
CN104466660A (zh) | 一种全固态自拉曼可调谐激光器 | |
Yang et al. | Continuous-wave and passively Q-switched laser performance of Nd:(LaxGd1-x) 3Ga5O12 crystal at 1062 nm | |
Cao et al. | Laser diode end-pumped Yb: YAG/LBO green laser | |
CN104037604A (zh) | 克尔透镜自锁模Yb:LSO激光器 | |
Zhang et al. | LD end-pumped Tm: YLF innoslab lasers with various doping concentrations | |
CN104009381A (zh) | 克尔透镜自锁模Yb:LYSO激光器 | |
CN112421370A (zh) | 一种基于准二能级激光辐射的自倍频全固态激光器 | |
CN115000788B (zh) | 一种窄脉宽微片激光器 |
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 |
Granted publication date: 20130821 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |