CN105603529A - 一种掺镱晶体及其生长方法和应用 - Google Patents

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郭世义
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Abstract

本发明涉及一种掺镱晶体及其生长方法和应用，所述掺镱晶体的分子式为Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14，R为Nb离子或Ta离子，Yb离子的掺杂浓度为0.1–50at.％。上述掺镱晶体同时具有激光发射和非线性光学效应，是一类性能优良的自倍频激光晶体。与激光晶体、非线性光学晶体两者组合而成的激光器相比，由上述掺镱晶体制成的自倍频绿光激光器体积更小，结构更加紧凑，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提高了生产效率。

Description

一种掺镱晶体及其生长方法和应用
技术领域
本发明涉及一种掺镱晶体及其生长方法和应用，属于晶体生长和激光技术领域。
背景技术
近年来，可见光激光器因其在在环境、医疗、军事等领域的重要应用受到越来越多人们的关注。
目前，要获得可见激光，主要是利用掺Nd3+和Yb3+等离子的激光晶体产生0.9μm、1.06μm、1.3μm波段的激光，再通过KTP等非线性光学晶体进行倍频产生。将激光晶体和KTP晶体通过光胶结合到一起，并在晶体的表面和胶合面镀膜形成激光振荡获得高效率绿光输出，已经实现了商品化。但是，这种同时使用激光工作介质和倍频介质两种晶体材料的激光器在结构上较为复杂，制作工艺步骤多，成本难以简化。
如果能将激光发射与非线性倍频这两种光功能合二为一，则可使生产成本大大降低，同时有利于激光器结构的简化和体积的减小，这种材料人们称为自倍频晶体。多年来，人们一直在探索自倍频晶体，掺镱离子的自倍频晶体因其没有另外的4f电子态，因此不存在上转换和其他高激发态的吸收，且能够实现从950-1100nm较宽的发射谱线，是获得更多波长可见激光的一个重要途径。历史上先后有Yb:MgO:LiNbO3、Yb:YCOB、Yb:GdCOB、Yb:YAB等实现了自倍频绿光输出。这些晶体都存在不同的显著缺陷，其中Yb:MgO:LiNbO3的抗光伤阈值较低且具有光折变效应，Yb:YCOB和Yb:GdCOB的激光受激发射截面较小，虽然实现了自倍频绿光输出但目前没有输出功率的报道，而Yb:YAB晶体为非同成分熔融化合物，只能采用高温熔体法生长单晶，生长周期长，难以获得大尺寸高质量晶体，难以满足批量化生产需求。因此，目前能够实际应用的自倍频晶体仍十分有限，探索新的优秀材料一直是晶体材料研究者的不懈追求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺镱晶体；
本发明还提供了上述掺镱晶体的生长方法及应用。
本发明的技术方案为：
一种掺镱晶体，所述掺镱晶体的分子式为Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14，R为Nb离子或Ta离子，Yb离子的掺杂浓度为0.1–50at.％。
硅酸镓铌钙晶体属于A3BC3D2O14构型，该结构中有A、B、C、D四个阳离子格位，掺入的Yb离子取代钙离子占据A位置，x为掺入Yb离子的原子百分比,晶体中A位置出现一定数量的空位使Yb离子取代Ca离子产生的电荷差保持平衡。
上述掺镱晶体同时具有激光发射和非线性光学效应，是一类性能优良的自倍频激光晶体。与激光晶体、非线性光学晶体两者组合而成的激光器相比，由上述掺镱晶体制成的自倍频绿光激光器体积更小，结构更加紧凑，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提高了生产效率。
根据本发明优选的，镱离子的掺杂浓度为0.5–15at.％。
根据本发明优选的，所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，θ的取值范围为31.0°—41.0°，φ的取值范围为25.0°—35.0°，所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，θ1的取值范围为50.0°—60.0°，φ1的取值范围为(-5)°-5°；所述Ca3-3xYb3xTaGa3Si2O14晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2的取值范围为30.5°—40.5°，φ2的取值范围为25.0°—35.0°，所述Ca3-3xYb3xTaGa3Si2O14晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，θ3的取值范围为56.0°—66.0°，φ3的取值范围为(-5)°-5°。
上述掺镱晶体的生长过程，具体步骤包括：
(1)采用CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3作为原料，CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3的纯度均大于或等于99.99％，按照分子式Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14的化学计量比进行配料，R为Nb离子或Ta离子；
(2)在步骤(1)得到的原料中加入Ga2O3，每100g原料加入0.1-1.0gGa2O3；进一步优选的，每100g原料加入0.35gGa2O3；可以弥补生长过程中Ga2O3挥发导致组分偏析的问题。
(3)将步骤(2)得到的加入Ga2O3后的原料进行研磨；防止混料时粘结成块状。
(4)混料12-36小时；以保证原料的均匀性。
(5)将步骤(4)得到的原料压结成块；
(6)在1100-1250℃的温度下烧结5-30小时，充分反应后合成多晶料；进一步优选的，在1150℃的温度下烧结20个小时。
(7)将步骤(6)得到的多晶料放在单晶炉内进行生长，生长至所需要的尺寸后，将晶体提离液面，采用分阶段降温方法降至室温后将晶体取出。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中，放入玛瑙研钵中进行研磨；
所述步骤(4)中，在混料罐中混料30小时，混料罐中原料不超过混料罐体积的三分之一；
所述步骤(5)中，在圆柱形钢模具中压结成块，所述圆柱形钢模具内侧衬有塑料薄膜；保证原料不受污染；
所述步骤(6)中，在1150℃温度下，将块放在刚玉坩埚内，放入马弗炉烧结20小时。让原料充分反应合成多晶料。
根据本发明优选的，所述步骤(7)中，所述单晶炉的型号为TDR(L)-J50A，所述单晶炉使用的中频加热电源的型号为35-3-2.5，额定输出频率2500Hz；所述单晶炉使用的铱金坩埚尺寸为Φ70×50×2mm，籽晶为a向，生长气氛为N2+0.5-3vol％O2，所述单晶炉保持正压；生长过程中拉速为0.2-1.0mm/h，转速5-25r/min。进一步优选的，生长过程中，所述单晶炉内气压为0.5-2.0kPa。
一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，包括从左至右依次沿光路安放的半导体激光泵浦源、谐振腔入射镜、自倍频激光晶体及谐振腔输出镜，所述自倍频激光晶体为所述掺镱晶体，所述自倍频激光晶体在通光方向的长度为0.1-30mm，所述自倍频激光晶体的切割方向为所发射530nm激光的倍频相位匹配方向。
此处设计的优势在于，不使用聚焦系统，而用半导体激光泵浦源的光纤输出头直接泵浦自倍频激光晶体，这样制成的激光器虽然输出功率和转换效率有一定损失，但体积更小，结构更紧凑，成本更低。
半导体激光泵浦源发射泵浦激光，泵浦激光通过谐振腔入射镜，进入自倍频激光晶体，即掺镱晶体，自倍频激光晶体产生1060nm附近的近红外激光，再经自倍频激光晶体的非线性倍频产生530nm附近的绿光，由谐振腔输出镜一端输出腔外。
根据本发明优选的，所述自倍频激光晶体在通光方向的长度为0.2-20mm，所述自倍频激光晶体均为长方体或柱状。
根据本发明优选的，所述自倍频激光晶体的两个通光端面抛光后镀有971-981nm、1040-1080nm、520-540nm增透膜。
此处设计的优势在于，有利于倍频激光在谐振腔输出端的输出，减少泵浦光的损耗。
根据本发明优选的，所述谐振腔输入镜与所述输出镜均镀到所述自倍频激光晶体上，所述自倍频激光晶体的左侧通光端面上镀有971-981nm增透膜及对1040-1080nm和520-540nm光高反膜，所述自倍频激光晶体的右侧通光端面上镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、520-540nm增透膜。
根据本发明优选的，所述自倍频绿光激光器还包括聚焦系统，所述聚焦系统设置在所述半导体激光泵浦源及所述谐振腔入射镜之间，所述自倍频激光晶体安放在所述聚焦系统的焦点处。用来提高半导体激光泵浦源发射的泵浦激光与谐振腔激光的模式匹配度。
根据本发明优选的，所述谐振腔入射镜镀有对971-981nm光高透、对1040-1080nm和520-540nm光高反的介质膜；谐振腔输出镜镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、对520-540nm光高透的介质膜。
根据本发明优选的，所述自倍频激光晶体与所述谐振腔输出镜之间设置有石英双折射调谐片。通过石英双折射调谐片可以实现更长波段范围的自倍频绿光输出。
根据本发明优选的，所述半导体激光泵浦源为中心波长为971-981nm的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述掺镱晶体为提拉法生长，制备方便，生长周期短，成本低，晶体光学质量好，抗光损伤阈值高，具有广阔应用前景。
2、本发明所述掺镱晶体为自倍频激光晶体，该晶体既是激光材料又是倍频材料，沿倍频相位匹配方向切割，由其制成的激光器体积更小，结构更加紧凑，成本更低。
3、本发明所述掺镱晶体输出的自倍频激光的波长可调谐(520-540nm)，在医疗诊断、化学分析、光学数据存储、激光显示等方面都具有重要的应用。
附图说明
图1为实施例3所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体图片；
图2(a)为实施例3所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的吸收光谱图；
图2(b)为实施例3所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的荧光发射谱图；
图3为本发明实施例5所述的自倍频绿光激光器的结构示意图；
图4为本发明实施例6所述的自倍频绿光激光器的结构示意图；
图5是本发明实施例6所述的可调谐掺镱自倍频绿光激光器的输出功率示意图；
图6是本发明实施例6所述的可调谐掺镱自倍频绿光激光器的输出波长随功率的变化示意图；
图7是本发明实施例6所述的可调谐掺镱自倍频绿光激光器在泵浦功率为4.97W时输出激光的光谱图；
图8为本发明实施例8所述的可调谐自倍频绿光激光器的结构示意图；
图9为本发明实施例9所述的可调谐自倍频绿光激光器的结构示意图；
1、半导体激光泵浦源，2、聚焦系统.，3、谐振腔入射镜，4、自倍频激光晶体，5、谐振腔输出镜，6、石英双折射调谐片。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种掺镱晶体，所述掺镱晶体的分子式为Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14，R为Nb离子，Yb离子的掺杂浓度为5at.％。
实施例2
一种掺镱晶体，所述掺镱晶体的分子式为Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14，R为Ta离子，Yb离子的掺杂浓度为5at.％。
实施例3
实施例1所述掺镱晶体的生长过程，具体步骤包括：
(1)采用CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3作为原料，CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3的纯度均大于或等于99.99％，按照分子式Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14的化学计量比进行配料，R为Nb离子；
(2)在步骤(1)得到的原料中加入Ga2O3，每100g原料加入0.35gGa2O3；可以弥补生长过程中Ga2O3挥发导致组分偏析的问题。
(3)将步骤(2)得到的加入Ga2O3后的原料进行研磨；防止混料时粘结成块状。
(4)混料24小时；以保证原料的均匀性。
(5)将步骤(4)得到的原料压结成块；
(6)在1150℃的温度下烧结20个小时，充分反应后合成多晶料；
(7)将步骤(6)得到的多晶料放在单晶炉内进行生长，生长至所需要的尺寸后，将晶体提离液面，采用分阶段降温方法降至室温后将晶体取出。
所述步骤(3)中，放入玛瑙研钵中进行研磨；
所述步骤(4)中，在混料罐中混料30小时，混料罐中原料不超过混料罐体积的三分之一；
所述步骤(5)中，在圆柱形钢模具中压结成块，所述圆柱形钢模具内侧衬有塑料薄膜；保证原料不受污染；
所述步骤(6)中，在1150℃温度下，将块放在刚玉坩埚内，放入马弗炉烧结20小时。让原料充分反应合成多晶料。
所述步骤(7)中，所述单晶炉的型号为TDR(L)-J50A，所述单晶炉使用的中频加热电源的型号为35-3-2.5，额定输出频率2500Hz；所述单晶炉使用的铱金坩埚尺寸为Φ70×50×2mm，籽晶为a向，生长气氛为N2+0.5-3vol％O2，所述单晶炉内气压为0.5-2.0kPa；生长过程中拉速为0.2-1.0mm/h，转速5-25r/min。
本实施例生长的掺镱晶体图片如图1所示。
本发明采用提拉法生长的掺镱晶体，其中掺入的稀土离子Yb取代晶体中Ca离子的格位，通过对所生长的掺镱晶体的粉末进行X射线粉末衍射分析，并与标准的晶体衍射峰数据进行比较，生长的掺镱晶体(如图1所示)的主要衍射峰与标准衍射分位置基本一致，说明掺镱的晶体和不掺杂的晶体具有相同的结构。
本实施例生长的掺镱晶体的吸收光谱图如图2(a)所示；图2(a)为生长的掺镱晶体在a向和z向的吸收光谱，976nm位置有明显的吸收峰，且吸收带较宽，便于采用InGaAs/AlGaAs半导体激光器进行泵浦；属于明显的掺镱晶体的特征吸收光谱，这说明我们将镱离子掺入到了所生长的晶体结构中，成功的生长出两种新型激光自倍频晶体。
本实施例生长的掺镱晶体的荧光发射谱图如图2(b)所示。图2(b)中，最强发射峰位于1013nm附近，说明在该波段能够实现更好的基频激光输出，为自倍频绿光激光输出提供良好的条件。
实施例4
实施例2所述掺镱晶体的生长过程，具体步骤包括：
(1)采用CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3作为原料，CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3的纯度均大于或等于99.99％，按照分子式Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14的化学计量比进行配料，R为Ta离子；
(2)在步骤(1)得到的原料中加入Ga2O3，，每100g原料加入0.35gGa2O3；可以弥补生长过程中Ga2O3挥发导致组分偏析的问题。
(3)将步骤(2)得到的加入Ga2O3后的原料进行研磨；防止混料时粘结成块状。
(4)混料24小时；以保证原料的均匀性。
(5)将步骤(4)得到的原料压结成块；
(6)在1150℃的温度下烧结20个小时，充分反应后合成多晶料；
(7)将步骤(6)得到的多晶料放在单晶炉内进行生长，生长至所需要的尺寸后，将晶体提离液面，采用分阶段降温方法降至室温后将晶体取出。
所述步骤(3)中，放入玛瑙研钵中进行研磨；
所述步骤(4)中，在混料罐中混料30小时，混料罐中原料不超过混料罐体积的三分之一；
所述步骤(5)中，在圆柱形钢模具中压结成块，所述圆柱形钢模具内侧衬有塑料薄膜；保证原料不受污染；
所述步骤(6)中，在1150℃温度下，将块放在刚玉坩埚内，放入马弗炉烧结20小时。让原料充分反应合成多晶料。
所述步骤(7)中，所述单晶炉的型号为TDR(L)-J50A，所述单晶炉使用的中频加热电源的型号为35-3-2.5，额定输出频率2500Hz；所述单晶炉使用的铱金坩埚尺寸为Φ70×50×2mm，籽晶为a向，生长气氛为N2+0.5-3vol％O2，所述单晶炉内气压为0.5-2.0kPa；生长过程中拉速为0.2-1.0mm/h，转速5-25r/min。
实施例5
一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，包括从左至右依次沿光路安放的半导体激光泵浦源1、谐振腔入射镜3、自倍频激光晶体4及谐振腔输出镜5，所述自倍频激光晶体为实施例1所述掺镱晶体，所述自倍频激光晶体在通光方向的长度为4mm，所述自倍频激光晶体的切割方向为所发射530nm激光的倍频相位匹配方向。
此处设计的优势在于，不使用聚焦系统2，而用半导体激光泵浦源1的光纤输出头直接泵浦自倍频激光晶体4，这样制成的激光器虽然输出功率和转换效率有一定损失，但体积更小，结构更紧凑，成本更低。
半导体激光泵浦源1发射泵浦激光，泵浦激光通过谐振腔入射镜3，进入自倍频激光晶体4，即掺镱晶体，自倍频激光晶体4产生1060nm附近的近红外激光，再经自倍频激光晶体4的非线性倍频产生530nm附近的绿光，由谐振腔输出镜5一端输出腔外。
所述谐振腔输入镜3与所述输出镜5均镀到所述自倍频激光晶体4上，所述自倍频激光晶体4的左侧通光端面上镀有971-981nm增透膜及对1040-1080nm和520-540nm光高反膜，所述自倍频激光晶体4的右侧通光端面上镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、520-540nm增透膜。
所述掺镱晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，θ的取值为36.0°，φ的取值为36.0°，所述掺镱晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，θ1的取值为56.0°，φ1的取值为0°；所述掺镱晶体的两个通光端面抛光后镀有971-981nm、1040-1080nm、520-540nm增透膜。
所述谐振腔入射镜3镀有对971-981nm光高透、对1040-1080nm和520-540nm光高反的介质膜；谐振腔输出镜5镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、对520-540nm光高透的介质膜。
所述半导体激光泵浦源1为中心波长976nm的光纤耦合输出半导体激光器。
本实施例所述自倍频绿光激光器的结构示意图如图3所示。
实施例6
根据实施例5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其区别在于，所述自倍频绿光激光器还包括聚焦系统2，所述聚焦系统2设置在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，自倍频激光晶体4安放在所述聚焦系统2的焦点处。用来提高半导体激光泵浦源1发射的泵浦激光与谐振腔激光的模式匹配度。
所述谐振腔入射镜3镀与所述自倍频激光晶体4是彼此独立的，所述自倍频激光晶体4与谐振腔输出镜5也是彼此独立的。本实施例所述自倍频绿光激光器的结构示意图如图4所示。
本实施例所述可调谐掺镱自倍频绿光激光器的输出功率示意图如图5所示，当半导体激光泵浦源1的输出功率为4.99W时，所述掺镱晶体第I类相位匹配方向得到的自倍频绿光输出功率为37.1mW，第II类相位匹配方向得到的自倍频绿光输出功率为12.7mW，到目前为止，在所有提拉法生长的Yb晶体中这是最高的自倍频绿光输出。
本实施例所述可调谐掺镱自倍频绿光激光器的输出波长随功率的变化示意图如图6所示，
在保持所述掺镱晶体温度为10℃的条件下，随着泵浦功率的增加,自倍频绿光的输出波长从526nm变化到532nm。这种可调谐的可见激光光源可用于医疗诊断、光学数据存储、化学分析、激光显示等领域。
本实施例所述可调谐掺镱自倍频绿光激光器在泵浦功率为4.97W时输出激光的光谱图如图7所示，此时中心波长位于530.11nm。
实施例7
根据实施例5或6所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其区别在于，所述自倍频激光晶体为实施例2所述镱晶体，其切割角沿1060nm的倍频相位匹配方向，所述掺镱晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2＝38.5°，φ2＝30.0°，所述掺镱晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，θ3＝61.0°，φ3＝0°。
实施例8
根据实施例6所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其区别在于，所述自倍频激光晶体4与所述谐振腔输出镜5之间设置有石英双折射调谐片6。本实施例所述自倍频绿光激光器的结构示意图如图8所示。
实施例9
根据实施例5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其区别在于，所述自倍频绿光激光器还包括聚焦系统2，所述聚焦系统2设置在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，自倍频激光晶体安放在所述聚焦系统2的焦点处。
本实施例所述自倍频绿光激光器的结构示意图如图9所示。

Claims (10)

1.一种掺镱晶体，其特征在于，所述掺镱晶体的分子式为Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14，R为Nb离子或Ta离子，Yb离子的掺杂浓度为0.1–50at.％。
2.根据权利要求1所述的一种掺镱晶体，其特征在于，Yb离子的掺杂浓度为0.5–15at.％。
3.根据权利要求1所述的一种掺镱晶体，其特征在于，所述掺镱晶体为Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体或Ca3-3xYb3xTaGa3Si2O14晶体，所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，θ的取值范围为31.0°—41.0°，φ的取值范围为25.0°—35.0°，所述Ca3-3xYb3xNbGa3Si2O14晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，θ1的取值范围为50.0°—60.0°，φ1的取值范围为(-5)°-5°；所述Ca3-3xYb3xTaGa3Si2O14晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2的取值范围为30.5°—40.5°，φ2的取值范围为25.0°-35.0°，所述Ca3-3xYb3xTaGa3Si2O14晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，θ3的取值范围为56.0°—66.0°，φ3的取值范围为(-5)°-5°。
4.权利要求1-3任一所述的一种掺镱晶体的生长过程，其特征在于，具体步骤包括：
(1)采用CaCO3、R2O5、Ga2O3、SiO2和Yb2O3作为原料，按照分子式Ca3-3xYb3xRGa3Si2O14的化学计量比进行配料，R为Nb离子或Ta离子；
(2)在步骤(1)得到的原料中加入Ga2O3，每100g原料加入0.1-1.0gGa2O3；进一步优选的，每100g原料加入0.35gGa2O3；
(3)将步骤(2)得到的加入Ga2O3后的原料进行研磨；
(4)混料12-36小时；
(5)将步骤(4)得到的原料压结成块；
(6)在1100-1250℃的温度下烧结5-30小时，充分反应后合成多晶料；进一步优选的，在1150℃的温度下烧结20个小时。
(7)将步骤(6)得到的多晶料放在单晶炉内进行生长，生长至所需要的尺寸后，将晶体提离液面，采用分阶段降温方法降至室温后将晶体取出。
5.一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，包括从左至右依次沿光路安放的半导体激光泵浦源、谐振腔入射镜、自倍频激光晶体及谐振腔输出镜，所述自倍频激光晶体为权利要求1所述掺镱晶体，所述自倍频激光晶体在通光方向的长度为0.1-30mm，所述自倍频激光晶体的切割方向为所发射530nm激光的倍频相位匹配方向。
6.根据权利要求5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，所述自倍频激光晶体在通光方向的长度为0.2-20mm，所述自倍频激光晶体均为长方体或柱状。
7.根据权利要求5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，所述自倍频激光晶体的两个通光端面抛光后镀有971-981nm、1040-1080nm、520-540nm增透膜。
8.根据权利要求5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，所述谐振腔输入镜与所述输出镜均镀到所述自倍频激光晶体上，所述自倍频激光晶体的左侧通光端面上镀有971-981nm增透膜及对1040-1080nm和520-540nm光高反膜，所述自倍频激光晶体的右侧通光端面上镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、520-540nm增透膜。
9.根据权利要求5或8所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，所述自倍频绿光激光器还包括聚焦系统，所述聚焦系统设置在所述半导体激光泵浦源及所述谐振腔入射镜之间，所述自倍频激光晶体安放在所述聚焦系统的焦点处。
10.根据权利要求5所述的一种可调谐的掺镱自倍频绿光激光器，其特征在于，所述谐振腔入射镜镀有对971-981nm光高透、对1040-1080nm和520-540nm光高反的介质膜；谐振腔输出镜镀有对971-981nm光和1040-1080nm光高反、对520-540nm光高透的介质膜。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108456925A (zh) * 2018-03-29 2018-08-28 中国工程物理研究院化工材料研究所 掺镱铝酸锶镧晶体及其制备方法和应用
CN111555107B (zh) * 2020-05-15 2021-07-23 山东大学 镱离子掺杂abgs晶体及自倍频超短脉冲激光器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1293683C (zh) * 2003-12-04 2007-01-03 山东大学 一种硼酸铋非共线倍频晶体器件
CN101942699A (zh) * 2010-09-03 2011-01-12 山东大学 一种具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法
CN102025100B (zh) * 2010-09-29 2012-03-21 山东大学 一种基于自倍频激光晶体的单频可见光激光器
CN104018225B (zh) * 2014-06-11 2017-01-18 山东大学 掺钕A3BGa3Si2O14系列晶体及其制备方法与应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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

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