CN109103742A - 一种固体激光器 - Google Patents
一种固体激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109103742A CN109103742A CN201811008295.1A CN201811008295A CN109103742A CN 109103742 A CN109103742 A CN 109103742A CN 201811008295 A CN201811008295 A CN 201811008295A CN 109103742 A CN109103742 A CN 109103742A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solid state
- gain media
- state laser
- sapphire
- pumping source
- 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.)
- Withdrawn
Links
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
- H01S3/14—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
- H01S3/1631—Solid materials characterised by a crystal matrix aluminate
- H01S3/1636—Al2O3 (Sapphire)
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明提供的一种固体激光器，包括金属热沉、谐振腔、侧面LD泵浦源以及依次设置的端面LD泵浦源、耦合单元、输入镜、增益介质、声光晶体、输出镜；所述端面LD泵浦源、耦合单元、输入镜、增益介质、声光晶体、输出镜依次连接，所述金属热沉环设于增益介质外侧壁上，所述输入镜、增益介质、声光晶体、输出镜设置于谐振腔内；所述侧面LD泵浦源设置于增益介质侧面。该固体激光器采用蓝宝石激光晶体材料作为增益介质，所述蓝宝石激光晶体材料制备工艺简单，具有优异的吸收特性和上转换强度，大大提高了蓝宝石晶体材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及激光设备领域，特别一种固体激光器。
背景技术
热效应会导致热退偏、热致衍射损耗等问题，严重影响激光器的输出功率、转换效率以及光束质量等主要性能指标，严重时甚至引起增益介质的损坏，是高功率激光器性能的最主要限制因素。为缓解热效应带来的影响，相关领域的技术人员通过采用板条、DISK和光纤等形式的增益介质，增加增益介质的表面积体积比，大幅提高散热效率，从而极大地推进了激光器的功率输出能力。与板条和DISK激光器相比，光纤激光器具有如下几方面的优势：其泵浦结构较为简单；光纤本身的结构对于模式的限制作用使之在光束质量方面也存在明显优势；能够采用光纤耦合输出，应用环境适应性很好；基于这些优点，光纤激光器已成为高功率激光器的主要发展方向之一。
然而，高功率光纤激光器发展的一个明显障碍在于，目前广泛用作有源光纤基质的石英玻璃导热系数很小，仅为1.4-1.6W m-1K-1，小导热系数对散热带来巨大的不利影响，因此光纤激光器高功率运转时仍然对于制冷有较高的要求，也限制了其功率的继续提升。对于单晶激光增益介质而言，常用的激光晶体钇铝石榴石(YAG)晶体导热系数～14Wm-1K-1，铝酸钇(YAP)晶体的导热系数也超过～11Wm-1K-1，高于石英玻璃数倍；因此，可考虑采用单晶作为有源光纤的基质，利用其高导热系数改善光纤本身的散热性能，降低系统对于制冷的要求，简化系统的复杂性，提升激光器的功率和光束质量等输出性能指标。
蓝宝石晶体的化学成分为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构，就颜色而言，单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，因不同显色元素离子渗透于生长中的蓝宝石，因而使蓝宝石显出不同的颜色。掺质的蓝宝石晶体在人工珠宝领域占有重要的地位。蓝宝石晶体有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好，且体积小、重量轻、成本低，被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业的许多领域。
蓝宝石晶体是LED产品中重要的衬底材料，是半导体照明产业发展的基石，其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。
作为窗口级蓝宝石，掺杂元素对蓝宝石的作用主要是指对其结构、颜色等方面的影响。蓝宝石属于刚玉类宝石，其主要化学成分为Al2O3，通常有铁、钛等类质同象替代铝。其中蓝宝石的颜色与主要致色元素的含量及其比值以及形成时的氧逸度有着密切的关系。如Fe3+、Si4+、Co2+是使蓝宝石呈现蓝色的主要离子，Cr3+离子可以使蓝宝石呈现出橙色和绿色，Mn4+离子可使蓝宝石呈现黄色。晶体结构方面的变化直接导致蓝宝石的晶格完整度，硬度，抗热冲击性，导热性，机械稳定性、导电性、化学稳定性等理化性能发生改变，研究意义十分重大。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种固体激光器。
技术方案：本发明提供的一种固体激光器，包括金属热沉(7)、谐振腔(8)、侧面LD泵浦源(10)以及依次设置的端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)；所述端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接，所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上，所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内；所述侧面LD泵浦源(10)设置于增益介质(4)侧面。
作为改进，所述耦合单元(2)为聚焦光器件。
作为改进，所述增益介质(4)靠近输入镜(3)的一端表面镀有对808nm增透和对1064nm高反的双色膜。
作为改进，所述增益介质(4)靠近输出镜(6)的一端表面镀有对1064nm波段的增透膜。
作为改进，还包括水冷装置(9)，所述水冷装置(9)设置于金属热沉(7)外表面。
作为改进，所述增益介质(4)为蓝宝石激光晶体材料，所述蓝宝石激光晶体材料为Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
作为改进，蓝宝石激光晶体材料中，Sm3+、Rh3+、Mn2+的摩尔比为(2-4)：(1-3)：1。
作为改进，所述Sm3+、Rh3+、Mn2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为(1-5)：100。
作为改进，所述蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、Sm2O3、Rh2O3、MnO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；
(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。
有益效果：本发明提供的固体激光器采用蓝宝石激光晶体材料作为增益介质，所述蓝宝石激光晶体材料制备工艺简单，具有优异的吸收特性和上转换强度，大大提高了蓝宝石晶体材料的应用范围。
附图说明
图1为固体激光器的结构示意图。
图2为固体激光器的局部放大图。
具体实施方式
下面对本发明固体激光器作出进一步说明。
实施例1
蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
蓝宝石激光晶体材料中，Sm3+、Rh3+、Mn2+的摩尔比为3：2：1；所述Sm3+、Rh3+、Mn2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为3：100。
所述蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、Sm2O3、Rh2O3、MnO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；
(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。
实施例2
蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
蓝宝石激光晶体材料中，Sm3+、Rh3+、Mn2+的摩尔比为2：3：1；所述Sm3+、Rh3+、Mn2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为1：100。
所述蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、Sm2O3、Rh2O3、MnO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；
(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。
实施例3
蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
蓝宝石激光晶体材料中，Sm3+、Rh3+、Mn2+的摩尔比为4：1：1；所述Sm3+、Rh3+、Mn2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为5：100。
所述蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、Sm2O3、Rh2O3、MnO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；
(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。
测试Ti3+:Al2O3、实施例1至3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3的吸收特性。
将样品制成直径1.0mm，长4mm的圆柱形光纤，两面经过仔细抛光后放到光纤耦合器中，以石英灯光源作为光源进行测量，测量光谱范围400-1000nm。结果显示，BaTiO3、实施例1至3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3在560nm附近均具有明显的吸收峰，而且，实施例1的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3在560nm附近的吸收峰最大，实施例2和3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3在560nm附近的吸收峰少小；证明：蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3具有比Ti3+:Al2O3更优异的吸收特性。
测测试Ti3+:Al2O3、实施例1至3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3的上转换效率。
用560nm的半导体激光器作为泵浦光源，对样品泵浦，并测量个样品的上转换光谱。结果显示：Ti3+:Al2O3有上转换光谱；实施例1至3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3上转换光谱强度比Ti3+:Al2O3明显增强很多。
实施例4
固体激光器，包括金属热沉(7)、谐振腔(8)、水冷装置(9)、侧面LD泵浦源(10)以及依次设置的端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)；所述端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接，所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上，所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内；所述侧面LD泵浦源(10)设置于增益介质(4)侧面。所述水冷装置(9)设置于金属热沉(7)外表面。
所述耦合单元(2)为聚焦光器件。
所述增益介质(4)靠近输入镜(3)的一端表面镀有对808nm增透和对1064nm高反的双色膜。
所述增益介质(4)靠近输出镜(6)的一端表面镀有对1064nm波段的增透膜。
所述增益介质(4)为实施例1至3的蓝宝石激光晶体材料Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
Claims (9)
1.一种固体激光器，其特征在于：包括金属热沉(7)、谐振腔(8)、侧面LD泵浦源(10)以及依次设置的端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)；所述端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接，所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上，所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内；所述侧面LD泵浦源(10)设置于增益介质(4)侧面。
2.根据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述耦合单元(2)为聚焦光器件。
3.根据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述增益介质(4)靠近输入镜(3)的一端表面镀有对808nm增透和对1064nm高反的双色膜。
4.根据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述增益介质(4)靠近输出镜(6)的一端表面镀有对1064nm波段的增透膜。
5.根据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：还包括水冷装置(9)，所述水冷装置(9)设置于金属热沉(7)外表面。
6.根据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述增益介质(4)为蓝宝石激光晶体材料，所述蓝宝石激光晶体材料为Sm3+/Rh3+/Mn2+/Ti3+:Al2O3。
7.据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：蓝宝石激光晶体材料中，Sm3+、Rh3 +、Mn2+的摩尔比为(2-4)：(1-3)：1。
8.据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述Sm3+、Rh3+、Mn2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为(1-5)：100。
9.据权利要求1所述的一种固体激光器，其特征在于：所述蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、Sm2O3、Rh2O3、MnO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；
(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811008295.1A CN109103742A (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种固体激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811008295.1A CN109103742A (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种固体激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109103742A true CN109103742A (zh) | 2018-12-28 |
Family
ID=64864344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811008295.1A Withdrawn CN109103742A (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种固体激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109103742A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021087715A1 (zh) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | 南京同溧晶体材料研究院有限公司 | 一种上转换强度高的固体激光器 |
-
2018
- 2018-08-31 CN CN201811008295.1A patent/CN109103742A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021087715A1 (zh) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | 南京同溧晶体材料研究院有限公司 | 一种上转换强度高的固体激光器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhou et al. | Single‐Crystal Red Phosphors and Their Core–Shell Structure for Improved Water‐Resistance for Laser Diodes Applications | |
| Zhang et al. | Enhanced light extraction of single-surface textured YAG: Ce transparent ceramics for high power white LEDs | |
| TWI437077B (zh) | 釔鋁石榴石螢光材料、其製作方法、及包含其之發光二極體裝置 | |
| CN106800371B (zh) | 一种高导热系数硼硅酸盐荧光玻璃材料及其制备方法 | |
| CN102040337A (zh) | 稀土掺杂钇铝石榴石微晶玻璃材料及其在白光led中的应用 | |
| CN112159220B (zh) | 一种白光led/ld用高热稳定性高量子效率荧光陶瓷及其制备方法 | |
| CN106894088A (zh) | 稀土离子掺杂的钙钛矿型氧化物可见激光晶体 | |
| Víllora et al. | Single-crystal phosphors for high-brightness white LEDs/LDs | |
| CN109103742A (zh) | 一种固体激光器 | |
| US9537058B2 (en) | Embedded white light LED package structure based on solid-state fluorescence material and manufacturing method thereof | |
| CN103253863B (zh) | 一种稀土掺杂氮氧化物发光玻璃陶瓷及其制备方法 | |
| CN106517797A (zh) | 暖白光led用微晶玻璃及制备方法 | |
| CN105431503A (zh) | 大功率高温白光led封装及其制作方法 | |
| CN103397302A (zh) | 一种上转换发光的Er/Yb共掺杂TiO2薄膜的制备方法 | |
| JP2013535533A (ja) | 白色発光ガラスセラミックス及びその製造方法、並びにｌｅｄデバイス | |
| CN101880908A (zh) | 一种原生多段式钒酸钇激光晶体的制备方法 | |
| CN204289523U (zh) | 大功率高温白光led封装 | |
| CN111041557A (zh) | 铥钬双掺氧化镥激光晶体及其生长方法与应用 | |
| CN115925409A (zh) | 一种高光效高显指复合荧光陶瓷光纤及其制备方法 | |
| CN114671608A (zh) | CsPbBr3量子点镶嵌氟磷酸盐玻璃及制备方法和应用 | |
| CN109301688A (zh) | 一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体固体激光器 | |
| WO2021087715A1 (zh) | 一种上转换强度高的固体激光器 | |
| CN109346914A (zh) | 一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器 | |
| CN112094054B (zh) | 植物生长照明的远红光荧光透明陶瓷及方法、装置和应用 | |
| CN101705088A (zh) | 锰铬共掺的镁铝尖晶石荧光衬底材料及其制备方法 |
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 | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181228 |