CN108346970B - 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器 - Google Patents

基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN108346970B
CN108346970B CN201810185414.4A CN201810185414A CN108346970B CN 108346970 B CN108346970 B CN 108346970B CN 201810185414 A CN201810185414 A CN 201810185414A CN 108346970 B CN108346970 B CN 108346970B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium niobate
mirror
crystal
pulse laser
ions
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.)
Active
Application number
CN201810185414.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108346970A (zh
Inventor
陈�峰
逄驰
李让
李子琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201810185414.4A priority Critical patent/CN108346970B/zh
Publication of CN108346970A publication Critical patent/CN108346970A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108346970B publication Critical patent/CN108346970B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器，主要包括在LiNbO3晶体中形成金属纳米粒子和实现1微米激光的产生。采用能量为100～200千电子伏特(keV)，剂量为1～10×1016ions/cm2的金离子通过离子注入技术轰击铌酸锂晶体表面，1000℃退火1h后形成金纳米粒子；将退火后的样品作为可饱和吸收镜，掺钕钒酸钇晶体等激光材料作为增益介质，结合入射腔镜和出射腔镜，通过光学透镜将LD泵浦光汇聚至增益介质中，在输出端实现1微米脉冲激光的产生。本发明利用金离子注入并退火后的铌酸锂晶体作为可饱和吸收镜，应用于脉冲激光器，无需再添加其他可饱和吸收镜。

Description

基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉 冲激光器
技术领域
本发明涉及基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器，属于光电子器件制备的技术领域。
背景技术
脉冲激光器指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等，脉冲激光器的必不可少的组件为可饱和吸收镜。
铌酸锂晶体(lithiumniobate，或简写为LiNbO3晶体)是一种集压电、铁电、光电和非线性等性能于一体的多功能光学材料，其性能稳定、易于加工、成本低，目前被广泛应用于光通信、光开关、光波导等光学集成元件。通常情况下，铌酸锂呈现反饱和吸收的非线性光学特性，不可以直接用作可饱和吸收镜应用于脉冲激光器中。
目前，也有不少报道将铌酸锂晶体应用于脉冲激光器中，但是，现有的报道大都是将铌酸锂晶体作为增益介质应用于脉冲激光器中，仍然需要额外添加其他可饱和吸收镜才能组装脉冲激光器，不仅程序和结构复杂，而且效果也有待进一步提高。
纳米材料一直是科学研究及工业产业的热点领域之一。光学介电材料中的金属纳米粒子由于其局域表面等离子共振效应的作用，可以大幅度提高材料非线性吸收与折射率。这种掩埋型的金属纳米颗粒已经在光学玻璃、钇铝石榴石(YAG)晶体等多种基底上被合成出来。
到目前为止，通过贵金属纳米粒子对铌酸锂晶体的非线性特性进行有效的调控，并应用于可饱和吸收镜的制备和1微米脉冲激光的产生，还没有相关的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器。
本发明的技术方案如下：
基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜，该可饱和吸收镜是在铌酸锂晶体表面注入金离子。
根据本发明，优选的，所述的金离子的注入厚度为100-200nm。
根据本发明，上述基于铌酸锂镜片的可饱和吸收镜的制备方法，包括步骤如下：
(1)以z切铌酸锂晶体为基底，以该晶体与z轴垂直的面为待加工面；对待加工面进行抛光、清洗，得到抛光面；
(2)沿与抛光面垂直方向呈7°角的方向，向晶体抛光面注入金离子；注入能量为100-200千电子伏特(keV)，注入剂量为(1-10)×1016ions/cm2；
(3)对注入金离子后的样品进行1000℃退火处理，自然冷却，即得。
根据本发明可饱和吸收镜的制备方法，优选的，步骤(2)中注入能量为150-180千电子伏特(keV)，注入剂量为(3-8)×1016ions/cm2。
根据本发明可饱和吸收镜的制备方法，优选的，步骤(3)中退火时间为1-3h。
根据本发明，上述基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜应用于1微米脉冲激光器。
根据本发明，一种基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜的1微米脉冲激光器，包括沿光路顺次连接的LD泵浦源、第一光学透镜、入射腔镜、增益介质、基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、出射腔镜和第二光学透镜。
根据本发明的1微米脉冲激光器，优选的，所述的增益介质为掺钕钒酸钇晶体Nd:YVO4；
优选的，所述的入射腔镜为800-810nm高透、1064nm高反的入射腔镜；所述的出射腔镜为1064nm高透出射腔镜。
本发明的脉冲激光器利用第一光学透镜将LD泵浦光汇聚至增益介质，并在输出端利用第二光学透镜将出射端输出的1微米激光耦合到光纤中。
本发明未详尽说明的，均按本领域现有技术。
本发明的有益效果：
1、本发明利用金离子注入并退火后的铌酸锂晶体作为可饱和吸收镜，应用于脉冲激光器，无需再添加其他可饱和吸收镜。
2、本发明在基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜的制备过程中，选用金离子作为注入离子，选择最佳的离子能量和剂量，得到的可饱和吸收镜效果最佳。
附图说明
图1为本发明的可饱和吸收镜的制备及组装脉冲激光器的工艺流程图；
图2使用金离子注入的方法，制备嵌入式金纳米粒子的铌酸锂晶体的制作工艺示意图；
图3为基于铌酸锂晶体可饱和吸收镜的1微米脉冲激光器的主体结构示意图；
图中：1.金离子，2.铌酸锂晶体，3.高温退火，4.金纳米粒子，5.出射腔镜，6.入射腔镜，7-1.第一光学透镜，7-2.第二光学透镜，8.LD泵浦源，9.增益介质，10.光纤，11.基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图1、2所示，基于铌酸锂镜片的可饱和吸收镜的制备方法，包括步骤如下：
(1)以z切铌酸锂晶体2为基底，以该晶体与z轴垂直的面为待加工面；对待加工面进行抛光，并用纯度为99.7％的酒精对抛光后的样品进行超声清洗，去除抛光表面杂质，得到抛光面；
(2)利用离子束加速器，沿与抛光面垂直方向呈7°角的方向，向晶体抛光面注入金离子1；注入能量为180千电子伏特(keV)，注入剂量为3×1016ions/cm2；使得金离子分布在晶体表面以下200nm范围内；
(3)在空气中对样品进行退火处理3，先升温6h至1000℃，恒温1h后冷却，使得球状纳米粒子4形成在铌酸锂表面，即得。
实施例2
如实施例1所述，不同的是：
步骤(2)中注入能量为120千电子伏特(keV)，注入剂量为8×1016ions/cm2；使得金离子分布在晶体表面以下150nm范围内。
实施例3
如实施例1所述，不同的是：
步骤(2)中注入能量为150千电子伏特(keV)，注入剂量为5×1016ions/cm2；使得金离子分布在晶体表面以下180nm范围内。
实施例4
使用实施例1制得的基于铌酸锂镜片的可饱和吸收镜组装1微米脉冲激光器，如图3所示，包括沿光路顺次连接的LD泵浦源8、第一光学透镜7-1、入射腔镜6、增益介质9、基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜11、出射腔镜5和第二光学透镜7-2。
所述的增益介质9为掺钕钒酸钇晶体Nd:YVO4；所述的入射腔镜6为800-810nm高透、1064nm高反的入射腔镜；所述的出射腔镜5为1064nm高透出射腔镜。
本实施例选用809nm钛宝石激光器组成激光系统，使用光学透镜将808nm激光进行泵浦；利用第一光学透镜7-1将LD泵浦光汇聚至增益介质9，并在输出端利用第二光学透镜7-2将出射端输出的1微米激光耦合到光纤10中。
对比例1
如实施例1所述，不同的是采用钨离子进行注入，并参照实施例4组装1微米脉冲激光器。
对比例2
如实施例1所述，不同的是采用铂离子进行注入，并参照实施例4组装1微米脉冲激光器。
试验例
测试实施例1和对比例1-2组装的1微米脉冲激光器的脉冲能量、重复频率、脉宽、峰值功率等性能，
对比例1和对比例2中，经离子注入后的铌酸锂晶片未能测到明显的可饱和吸收性，并在组装的激光系统中不能产生脉冲激光，因此不具有制备可饱和吸收镜并应用于脉冲激光的可能性。
实施例1中，经离子注入后的铌酸锂晶片在近红外波段可以测到明显的饱和吸收性，并可以通过端面耦合系统产生脉冲激光，在最高为550mW的泵浦光激发下，脉冲能量最大为7.9nJ，重复频率最高为7MHz，脉宽最低为53ns，峰值功率可达151mW。在提高泵浦功率、耦合效率等优化下，这些性能仍有进一步提高的空间。因此，本发明对注入离子种类进行选择，对注入工艺进行优化，最终将铌酸锂晶体成功制备成可饱和吸收镜。

Claims (8)

1.基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜，其特征在于，该可饱和吸收镜是在铌酸锂晶体表面注入金离子，所述的金离子的注入厚度为100-200nm；
制备方法包括如下步骤：
（1）以z切铌酸锂晶体为基底，以该晶体与z轴垂直的面为待加工面；对待加工面进行抛光、清洗，得到抛光面；
（2）沿与抛光面垂直方向呈7°角的方向，向晶体抛光面注入金离子；注入能量为100-200千电子伏特（keV），注入剂量为（1-10）×1016ions/cm2；
（3）对注入金离子后的样品进行1000℃退火处理，自然冷却，即得。
2.权利要求1所述的基于铌酸锂镜片的可饱和吸收镜的制备方法，包括步骤如下：
（1）以z切铌酸锂晶体为基底，以该晶体与z轴垂直的面为待加工面；对待加工面进行抛光、清洗，得到抛光面；
（2）沿与抛光面垂直方向呈7°角的方向，向晶体抛光面注入金离子；注入能量为100-200千电子伏特（keV），注入剂量为（1-10）×1016ions/cm2；
（3）对注入金离子后的样品进行1000℃退火处理，自然冷却，即得。
3.根据权利要求2所述的可饱和吸收镜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中注入能量为150-180千电子伏特（keV），注入剂量为（3-8）×1016ions/cm2。
4.根据权利要求2所述的可饱和吸收镜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中退火时间为1-3h。
5.权利要求1所述的基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜应用于1微米脉冲激光器。
6.一种基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜的1微米脉冲激光器，包括权利要求1所述的基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜，其特征在于，该激光器包括沿光路顺次连接的LD泵浦源、第一光学透镜、入射腔镜、增益介质、基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、出射腔镜和第二光学透镜。
7.根据权利要求6所述的1微米脉冲激光器，其特征在于，所述的增益介质为掺钕钒酸钇晶体Nd:YVO4。
8.根据权利要求6所述的1微米脉冲激光器，其特征在于，所述的入射腔镜为800-810nm高透、1064nm高反的入射腔镜；所述的出射腔镜为1064nm高透出射腔镜。
CN201810185414.4A 2018-03-06 2018-03-06 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器 Active CN108346970B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810185414.4A CN108346970B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810185414.4A CN108346970B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108346970A CN108346970A (zh) 2018-07-31
CN108346970B true CN108346970B (zh) 2020-07-21

Family

ID=62956497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810185414.4A Active CN108346970B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108346970B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109256668B (zh) * 2018-10-10 2021-03-23 山东大学 基于金红石晶片的宽波段可饱和吸收镜、制备方法及在宽波段调q、锁模激光器的应用
CN109217091A (zh) * 2018-10-10 2019-01-15 山东大学 一种基于钕掺杂钒酸钇与磷酸钛氧钾胶合晶体的单片集成绿光脉冲激光器及制备
CN111208590A (zh) * 2020-01-13 2020-05-29 山东大学 一种基于光学玻璃的非线性光学反射镜及其制备方法和应用
CN111847571B (zh) * 2020-07-14 2022-04-22 重庆科技学院 纳米金-铌酸锂复合材料光诱导降解阴离子型染料的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1238578C (zh) * 2003-03-04 2006-01-25 山东大学 用离子注入和退火制备铌酸锂晶体波导的方法
US20070116068A1 (en) * 2005-11-21 2007-05-24 Mao Hong W System and components for generating single-longitudinal-mode nanosecond laser beam having a wavelength in the range from 760nm to 790nm
CN102610992B (zh) * 2012-03-19 2014-05-07 西安电子科技大学 一种实现对泵浦光高吸收效率的Nd：YAG激光器方法
CN102684061B (zh) * 2012-05-08 2013-12-11 山东大学 一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108346970A (zh) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108346970B (zh) 基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器
US5852622A (en) Solid state lasers with composite crystal or glass components
CN104099665B (zh) 一种氟化钇锂复合晶体及其制备方法
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
CN104659643B (zh) 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器
CN108493746A (zh) 一种微型脊波导的制作方法及具有该波导的激光器
CN106159662A (zh) 掺铁硒化锌可饱和吸收镜及其制备与构成的锁模光纤激光器
Matthews et al. A comparative study of diode pumped microchip laser materials: Nd-doped YVO4, YOS, SFAP and SVAP
Griebner et al. Laser operation of epitaxially grown Yb: KLu (WO/sub 4/)/sub 2/--KLu (WO/sub 4/)/sub 2/composites with monoclinic Crystalline structure
CN109256668B (zh) 基于金红石晶片的宽波段可饱和吸收镜、制备方法及在宽波段调q、锁模激光器的应用
CN208352709U (zh) 一种微片脊波导激光器及微片脊波导可调谐激光器
CN106087055B (zh) 一种铝酸钇复合晶体及其制备方法
CN111082302B (zh) 一种基于低损耗工作介质的太阳光泵浦固体激光器
CN116937312A (zh) 一种基于结构介电常数近零薄膜的可饱和吸收体器件、制备方法及应用
CN101969171B (zh) 镱掺杂钇铝石榴石陶瓷平面及条形波导激光器件的制备方法
CN108923236B (zh) 一种基于钕离子掺杂的钒酸盐晶体激光器
CN109468683A (zh) 一种基于He离子辐照的石榴石晶体薄膜的制备方法
CN108493769A (zh) 一种微片脊波导激光器、可调谐激光器及其制备方法
CN108574194A (zh) 一种微型脊波导激光器、小型激光器及其制备方法
CN109149351B (zh) 调q激光器
CN104993363A (zh) 一种基于磁悬浮的转盘激光器
CN101969170B (zh) 铒掺杂钇铝石榴石陶瓷脊形波导激光器件的制备方法
CN113437630A (zh) 基于1T-TaS2的光学脉冲调制器件及其在激光器中的应用
CN109942209A (zh) 一种铒镱共掺磷酸盐玻璃与氟化镁晶体键合平面波导的制备方法
CN111769433B (zh) 一种提高Er,Yb:glass/Co2+:MgAl2O4激光器输出能量的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant