CN107546566A - 镝离子激活的焦硅酸盐晶体及其可见波段固体激光器件 - Google Patents

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黄建辉
黄艺东
陈雨金
黄建华
龚兴红
林炎富
罗遵度
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镝离子激活的焦硅酸盐晶体及其可见波段固体激光器件，涉及固体激光材料和器件领域。该类晶体的分子式为：(DyxRe(1‑x))2Si2O7，其中x的取值范围为0.01～0.1，Re为Y、Gd、Lu、Sc元素中某一元素或若干元素的组合。采用此类晶体作为增益介质，利用波长在447nm附近的半导体激光泵浦，可实现高性能570～595nm和480～500nm波段可见固体激光输出。

Description

镝离子激活的焦硅酸盐晶体及其可见波段固体激光器件
技术领域
本发明涉及固体激光材料和器件领域。
背景技术
可见波段固体激光在显示、军事、生物医学和水下通讯等方面有着重要的应用价值。Dy3+离子能级结构丰富，利用4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2跃迁能够分别实现490nm波长附近蓝色和580nm波长附近黄色的激光发射。目前实现Dy3+离子激活可见波段固体激光运转的晶体种类还比较少，已公开报道的只有Dy3+:KGd(WO4)2、Dy3+:KY(WO4)2、Dy3+:YAG和Dy3+:Tb3+:LiLuF4。焦硅酸盐晶体属于单斜晶系，具有低对称晶体结构，有利于提高Dy3+离子相关能级间的辐射跃迁几率，从而提高可见波段激光的运转效率。此外，该类晶体物化性质稳定、硬度高、热性能好，能够承受高功率的激光泵浦，从而实现高功率的激光输出。
发明内容
本发明目的在于提供一类镝离子激活的焦硅酸盐激光晶体，并采用此类晶体作为增益介质，获得480～500nm波段蓝色和570～595nm波段黄色固体激光输出。
本发明包括如下技术方案：
1.一类镝离子激活的焦硅酸盐激光晶体，该类晶体的分子式为：(DyxRe(1-x))2Si2O7，其中x的取值范围为0.01～0.1，Re为Y、Gd、Lu、Sc元素中某一元素或若干元素的组合。
2.一种570～595nm波段的固体激光器，由半导体激光泵浦系统、激光谐振腔和增益介质组成，其特征在于：采用如项1所述的晶体作为该激光器的增益介质；半导体激光泵浦系统包括波长在447nm附近的半导体激光以及放置在半导体激光和谐振腔之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在447nm波长附近透过率T≥80％，在570～595nm波段透过率T≤0.5％；输出镜设计为在570～595nm波段透过率0.5％≤T≤10％。
3.如项2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增益介质的一个或两个相对端面上。
4.一种480～500nm波段的固体激光器，由半导体激光泵浦系统、激光谐振腔和增益介质组成，其特征在于：采用如项1所述的晶体作为该激光器的增益介质；半导体激光泵浦系统包括波长在447nm附近的半导体激光以及放置在半导体激光和谐振腔之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在447nm波长附近透过率T≥80％，在480～500nm波段透过率T≤0.5％；输出镜设计为在480～500nm波段透过率0.5％≤T≤10％。
5.如项4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增益介质的一个或两个相对端面上。
实施本发明技术方案具有的有益效果是：以(DyxRe(1-x))2Si2O7晶体为增益介质，能获得高输出功率和高效率的570～595nm和480～500nm波段固体激光。
具体实施方式
实例1：447nm半导体激光端面泵浦Dy3+:Lu2Si2O7晶体实现573nm固体激光输出。
利用提拉法生长(Dy0.03Lu0.97)2Si2O7激光晶体。该晶体属于单斜晶系，有三个光学主轴，分别为X、Y、Z。利用偏光显微镜定向后，取XY面为通光面，切割厚度为15mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该晶体样品，端面抛光后置于激光腔中。激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝90％，在573nm波长处透过率T＝0.2％；激光腔输出镜在573nm波长处透过率T＝2.0％。利用447nm波长半导体激光端面泵浦即可实现573nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例2：447nm半导体激光端面泵浦Dy3+:Lu2Si2O7晶体实现495nm固体激光输出。
利用实例1中的激光晶体样品，激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝85％，在495nm波长处透过率T＝0.3％；激光腔输出镜在495nm波长处透过率T＝1.5％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现495nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例3：447nm半导体激光端面泵浦Dy3+:Lu2Si2O7晶体实现482nm固体激光输出。
利用实例1中的激光晶体样品，激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝80％，在482nm波长处透过率T＝0.2％；激光腔输出镜在482nm波段处透过率T＝1.0％，在485～500nm波段透过率T>5％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现482nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例4:447nm半导体激光端面泵浦Dy3+:Lu2Si2O7晶体实现589nm固体激光输出。
利用提拉法生长(Dy0.05Lu0.95)2Si2O7激光晶体。该晶体属于单斜晶系，有三个光学主轴，分别为X、Y、Z。利用偏光显微镜定向后，取XY面为通光面，切割厚度为10mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该晶体样品，端面抛光后置于激光腔中。激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝90％，在589nm波长处透过率T＝0.2％；激光腔输出镜在589nm波长处透过率T＝1.5％，在570～585nm波段透过率T>5％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现589nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例5：447nm半导体激光端面泵浦Dy3+:Gd2Si2O7晶体实现570nm固体激光输出。
利用熔盐法生长(Dy0.07Gd0.93)2Si2O7激光晶体。该晶体属于单斜晶系，有三个光学主轴，分别为X、Y、Z。利用偏光显微镜定向后，取XZ面为通光面，切割厚度为8mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该晶体样品，端面抛光后置于激光腔中。激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝95％，在570nm波长处透过率T＝0.1％；激光腔输出镜在570nm波长处透过率T＝2.5％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现570nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例6：447nm半导体激光端面泵浦Dy:Y2Si2O7晶体实现572nm固体激光输出。
利用熔盐法生长(Dy0.09Y0.91)2Si2O7激光晶体。该晶体属于单斜晶系，有三个光学主轴，分别为X、Y、Z。利用偏光显微镜定向后，取XY面为通光面，切割厚度为7mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该晶体样品，端面抛光后置于激光腔中。激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝85％，在572nm波长处透过率T＝0.3％；激光腔输出镜在572nm波长处透过率T＝1.5％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现572nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例7：447nm半导体激光端面泵浦Dy:Sc2Si2O7晶体实现576nm固体激光输出。
利用提拉法生长(Dy0.03Sc0.97)2Si2O7激光晶体。该晶体属于单斜晶系，有三个光学主轴，分别为X、Y、Z。利用偏光显微镜定向后，取XY面为通光面，切割厚度为17mm(端面积一般为平方毫米到平方厘米)的该晶体样品，端面抛光后置于激光腔中。激光腔输入镜在447nm波长处透过率T＝90％，在576nm波长处透过率T＝0.2％；激光腔输出镜在576nm波长处透过率T＝2.0％。利用447nm半导体激光端面泵浦即可实现576nm的连续固体激光输出。也可以将激光腔输入和输出镜分别直接镀在该激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。

Claims (5)

1.一类掺Sm3+离子的钼酸盐激光晶体，该类晶体的分子式为：ASmxRe1-x(MoO4)2，其中x＝0.01～0.1；A为Li、Na、K碱金属元素中某一元素或若干元素的组合，Re为Y、La、Gd、Lu、Sc元素中某一元素或若干元素的组合。
2.一种635～660nm波段的固体激光器，由泵浦系统、激光谐振腔和增益介质组成，其特征在于：采用如权利要求1所述的晶体作为该激光器的增益介质；泵浦系统包括发射波长在405nm或480nm附近的光源以及放置在光源和谐振腔之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在405或480nm波长附近处透过率T≥80％，在635～660nm波段透过率T≤0.5％；输出镜设计为在635～660nm波段透过率0.5％≤T≤10％。
3.如权利要求2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增益介质的一个或两个相对端面上。
4.一种585～615nm波段的固体激光器，由泵浦系统、激光谐振腔和增益介质组成，其特征在于：采用如权利要求1所述的晶体作为该激光器的增益介质；泵浦系统包括发射波长在405nm或480nm附近的光源以及放置在光源和谐振腔之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在405或480nm附近波长处透过率T≥80％，在585～615nm波段透过率T≤0.5％；输出镜设计为在585～615nm波段透过率0.5％≤T≤10％。
5.如权利要求4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增益介质的一个或两个相对端面上。
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