CN104577701B - 1.55微米波段铒镱双掺磷酸盐晶体激光器 - Google Patents

1.55微米波段铒镱双掺磷酸盐晶体激光器 Download PDF

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1.55微米波段铒镱双掺磷酸盐晶体激光器，属于固体激光材料和器件领域。利用磷酸盐晶体热性能高的优点，采用铒镱双掺的磷酸盐激光晶体作为增益介质，通过优化磷酸盐晶体中铒和镱离子的掺杂浓度，利用976nm附近波段的半导体激光泵浦，实现高性能的1.55μm波段固体激光输出。

Description

1.55微米波段铒镱双掺磷酸盐晶体激光器
技术领域
本发明涉及固体激光材料和器件领域。
背景技术
铒镱共掺磷酸盐玻璃被认为是目前最高效的1.55μm波段激光增益介质，已经被广泛研究并实现了商品化。磷酸盐玻璃中Er3+的4I13/2上激光能级荧光寿命长达(6-8)ms，能量储存能力强，国内外利用该材料作为增益介质也研制出了一些调Q脉冲激光器件，应用于激光测距、激光雷达和遥感等领域。然而，磷酸盐玻璃低的热导率(～0.8Wm-1K-1)和激光损伤阈值使其难以实现高平均功率输出，因此采用铒镱共掺磷酸盐玻璃作为增益介质，无法同时实现高能量和高重频的1.55μm波段调Q脉冲激光运转。
磷酸盐晶体具有与磷酸盐玻璃非常相似的有效声子能量(约1200cm-1)；因此，Er3+离子在磷酸盐晶体中的荧光寿命等光谱特性与磷酸盐玻璃中的非常接近，铒镱共掺磷酸盐晶体有望实现与铒镱共掺磷酸盐玻璃同样高效的1.55μm波段激光运转。另外，相对于玻璃而言，晶体一般具有更高的热导率、机械性能和激光损伤阈值。因此，采用铒镱双掺磷酸盐晶体作为增益介质，可以实现更高性能的1.55μm波段连续和调Q脉冲激光运转。
发明内容
本发明的目的是采用铒镱双掺的磷酸盐激光晶体作为增益介质，通过优化晶体中铒和镱离子的掺杂浓度，获得高效和高平均输出功率的1.55μm波段固体激光。
本发明包括如下技术方案：
1.一种1.55μm波段固体激光器，由半导体激光泵浦系统、激光谐振腔和激光增益介质组成。其特征在于：该激光器的激光增益介质为ErxYbyR(1-x-y)M(PO3)4或ErxYbyR(1-x-y)Me3(PO4)3或ErxYbyR(1-x-y)M3(PO4)2或ErxYbyR(1-x-y)MP2O7或ErxYbyR(1-x-y)P5O14或ErxYbyR(1-x-y)PO4晶体，其中x＝0.3～3.0at.％，y＝5～50at.％，R为Sc、Y、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合，M为Li、Na、K元素中某一元素或若干元素的组合，Me为Mg、Ca、Sr、Ba元素中某一元素或若干元素的组合；半导体激光泵浦系统包括976nm波长半导体激光以及放置在半导体激光和激光增益介质之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在976nm波长附近透过率T≥70％，在1.55μm波段处透过率T≤1％；输出镜设计为在1.55μm波段处透过率0.5％≤T≤10％。
2.如项1所述的固体激光器。其特征在于：将输入和输出镜分别直接镀在所述的激光增益介质的一个或两个相对端面上。
3.一种1.55μm波段固体脉冲激光器。其特征在于：在项1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的调Q或锁模元件；也可将调Q或锁模元件同时置于激光谐振腔中。
4.如项3所述的固体激光器。其特征在于：将输入镜直接镀在所述的激光增益介质的输入端面上；也可将输出镜直接镀在所述的调Q或锁模元件的输出端面上。
5.一种1.55μm波段可调谐固体激光器。其特征在于：在项1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的波长调谐元件。
6.一种1.55μm波段倍频激光器。其特征在于：在项1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的倍频晶体，激光谐振腔输出镜设计为在1.55μm波段处透过率小于0.5％，在倍频波长775nm波段处透过率大于80％；也可将输出镜直接镀在所述的倍频晶体的输出端面上。
7.一种1.55μm波段倍频脉冲激光器。其特征在于：在项6所述的激光器的激光增益介质和倍频晶体之间插入1.55μm波段的调Q或锁模元件。
利用本发明技术方案制造的固体激光器具有的有益效果是能获得高输出功率和高效率的连续以及高脉冲能量、高重复频率和窄脉宽的调Q脉冲1.55μm波段固体激光，器件紧凑和稳定可靠，使用方便。
具体实施方式
实例1：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:KGd(PO3)4晶体实现1.55μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂1.5at.％Er3+和30at.％Yb3+的KGd(PO3)4激光晶体。将1.0mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)厚的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.55μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.55μm波长处透过率T＝1.5％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.5W的1.55μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例2：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:KGd(PO3)4晶体实现1.55μm固体脉冲激光输出。
直接将被动调Q片(如Co2+:MgAl2O4，Co2+:ZnSe，Cr2+:ZnSe等)或1.55μm波段的声光调Q模块插入实例1中激光晶体和输出镜之间，即可实现1.55μm调Q脉冲激光运转。也可以将输出镜直接镀在被动调Q片或声光调Q模块的输出端面上，以实现同样的目的。
实例3：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:KGd(PO3)4晶体实现1510-1600nm可调谐固体激光输出。
直接将1.55μm波段的波长调谐元件(双折射滤光片、光栅或棱镜等)，插入实例1中激光晶体和激光腔输出镜之间，利用976nm半导体激光端面泵浦即可实现1510-1600nm可调谐激光输出。
实例4：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:KGd(PO3)4晶体实现775nm倍频固体激光输出。
直接将倍频1.55μm波长的非线性光学晶体(如KTP、LBO、β-BBO等)插入实例1中激光晶体和输出镜之间，在输出镜上镀上1.55μm波长处高反(T≤0.5％)，倍频波长775nm处高透(T≥80％)的介质膜，即可实现775nm倍频激光。也可以将输出镜直接镀在非线性光学晶体的输出端面上，以实现同样的目的。
实例5：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:Ca3Gd(PO4)3晶体实现1.6μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂2.0at.％Er3+和30at.％Yb3+的Ca3Gd(PO4)3激光晶体。将2.0mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)厚的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.6μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.6μm波长处透过率T＝1.0％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.0W的1.6μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例6：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:Na3Gd(PO4)2晶体实现1.6μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂1.0at.％Er3+和20at.％Yb3+的Na3Gd(PO4)2激光晶体。将1.5mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)厚的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.6μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.6μm波长处透过率T＝1.0％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.0W的1.6μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例7：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:NaLuP2O7晶体实现1.55μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂0.8at.％Er3+和15at.％Yb3+的NaLuP2O7激光晶体。将1.5mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)厚的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.55μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.55μm波长处透过率T＝2.0％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.0W的1.55μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例8：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:YP5O14晶体实现1.54μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂1.3at.％Er3+和25at.％Yb3+的YP5O14激光晶体。将1.0mm厚(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.54μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.54μm波长处透过率T＝2.0％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.0W的1.54μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的
实例9：976nm半导体激光端面泵浦Er:Yb:LuPO4晶体实现1.54μm固体激光输出。
利用熔盐法生长掺杂0.6at.％Er3+和15at.％Yb3+的LuPO4激光晶体。将0.3mm厚(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该激光晶体端面抛光后固定在中间有通光孔的铜座上并置于激光腔中。激光腔输入镜在976nm波长处透过率T＝90％，在1.54μm波长处透过率T＝0.1％，激光腔输出镜在1.54μm波长处透过率T＝1.5％。利用20W的976nm半导体激光端面泵浦即可得到连续功率高于1.5W的1.54μm固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。

Claims (7)

1.一种1.55μm波段固体激光器，由半导体激光泵浦系统、激光谐振腔和激光增益介质组成，其特征在于：该激光器的激光增益介质为ErxYbyR(1-x-y)Me3(PO4)3或ErxYbyR(1-x-y)MP2O7晶体，其中x＝0.3～3.0at.％，y＝5～50at.％，R为Sc、Y、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合，M为Li、Na、K元素中某一元素或若干元素的组合，Me为Mg、Ca、Sr、Ba元素中某一元素或若干元素的组合；半导体激光泵浦系统包括976nm波长半导体激光以及放置在半导体激光和激光增益介质之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在976nm波长附近透过率T≥70％，在1.55μm波段处透过率T≤1％；输出镜设计为在1.55μm波段处透过率0.5％≤T≤10％。
2.如权利要求1所述的固体激光器，其特征在于：将输入和输出镜分别直接镀在所述的激光增益介质的一个或两个相对端面上。
3.一种1.55μm波段固体脉冲激光器，其特征在于：在权利要求1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的调Q或锁模元件；或者将调Q或锁模元件同时置于激光谐振腔中。
4.如项权利要求3所述的固体激光器，其特征在于：将输入镜直接镀在所述的激光增益介质的输入端面上；或者将输出镜直接镀在所述的调Q或锁模元件的输出端面上。
5.一种1.55μm波段可调谐固体激光器，其特征在于：在权利要求1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的波长调谐元件。
6.一种1.55μm波段倍频激光器，其特征在于：在权利要求1所述的激光器的激光增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的倍频晶体，激光谐振腔输出镜设计为在1.55μm波段处透过率小于0.5％，在倍频波长775nm波段处透过率大于80％；或者将输出镜直接镀在所述的倍频晶体的输出端面上。
7.一种1.55μm波段倍频脉冲激光器，其特征在于：在权利要求6所述的激光器的激光增益介质和倍频晶体之间插入1.55μm波段的调Q或锁模元件。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105063755B (zh) * 2015-09-06 2018-02-16 中国科学院福建物质结构研究所 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
CN114142333A (zh) * 2021-10-13 2022-03-04 闽都创新实验室 一种脉冲激光器及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1865538A (zh) * 2006-04-12 2006-11-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 镱铒共掺的硅酸钆激光晶体及其制备方法
CN1916108A (zh) * 2005-08-15 2007-02-21 中国科学院福建物质结构研究所 一种紫外发光晶体材料磷酸钠铈晶体
CN102766905A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 中国科学院福建物质结构研究所 一类铒离子激活1.55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法
CN103556214A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 青岛大学 一种稀土磷酸镥激光基质晶体的生长方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100316073A1 (en) * 2006-10-24 2010-12-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optically pumped solid-state laser with co-doped gain medium

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1916108A (zh) * 2005-08-15 2007-02-21 中国科学院福建物质结构研究所 一种紫外发光晶体材料磷酸钠铈晶体
CN1865538A (zh) * 2006-04-12 2006-11-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 镱铒共掺的硅酸钆激光晶体及其制备方法
CN102766905A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 中国科学院福建物质结构研究所 一类铒离子激活1.55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法
CN103556214A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 青岛大学 一种稀土磷酸镥激光基质晶体的生长方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Crystal Growth and Characterization of Type III Ytterbium-Doped KGd(PO3)4: A New Nonlinear Laser Host;I. Parreu 等;《Chem. Mater.》;20070501;摘要 *
Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃的发光与1.54 mm 激光性能;宋峰;《激光与光电子学进展》;20070430;第44卷(第4期);正文第4.2节，图8 *
稀土磷酸盐激光晶体的研究概况;于亚勤等;《硅酸盐通报》;19900630;正文第二章 *

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