高重频LD泵浦Er∶YSGG固体激光器
LD泵浦全固态红光脉冲激光器的研究的开题报告
LD泵浦全固态红光脉冲激光器的研究的开题报告一、研究背景和意义全固态激光器是一种高性能激光器，具有体积小、重量轻、可靠性高、使用成本低等优点，广泛应用于医疗、通信、安防等领域。
其中，全固态LD泵浦红光脉冲激光器作为一种重要的激光器类型，具有波长长、能量高、脉宽短等特点，可以应用于激光雷达、光通信、激光医疗等领域。
本研究旨在研制一款新型全固态LD泵浦红光脉冲激光器，使其具有更高的性能和更广的应用领域。
二、研究内容和方法1.激光谱学理论：深入理解LD泵浦红光脉冲激光器的工作原理、激光谱学特性等。
2.光学设计：基于激光谱学理论和设计需求，进行光学系统的设计。
3.氧化物陶瓷（YAG）晶体生长及制备：采用Czochralski生长法，制备出高质量YAG晶体。
4.全固态LD泵浦红光脉冲激光器的制备和测试：根据光学设计方案，将LD泵浦激光器与YAG晶体等器件相结合，制备出全固态LD泵浦红光脉冲激光器。
对激光器进行测试和验证，评估激光器的性能和应用价值。
三、研究进展和成果预期目前，我们已经完成了对激光谱学理论的深入研究，初步设计了光学系统，并开始了YAG晶体的生长和制备实验。
我们预计在未来的研究中，将进一步完成全固态LD泵浦红光脉冲激光器的制备和测试工作，并达到以下成果：1.获得高质量YAG晶体，并制备出全固态LD泵浦红光脉冲激光器。
2.对激光器进行全面而系统的性能测试，验证其能量、波长、脉宽等参数，并评估其在激光雷达、光通信、激光医疗等领域的应用价值。
3.撰写一篇论文，发表在国际一流期刊上。
四、研究意义本研究的成果将拓展LD泵浦全固态激光器的应用领域，为光通信、激光雷达、激光医疗等领域的发展提供新的可能。
同时，本研究也将推动我国全固态激光器的研发水平，提升我国在该领域的国际影响力和竞争力。
LD侧泵全固态Nd_YAG_KTP高功率连续绿光激光器
LD侧泵全固态Nd：YAG/KTP高功率连续绿光激光器文章摘要:报道了LD侧泵全固态Nd∶YAG/KTP高功率连续绿光激光器。
泵浦组件为中科院半导体所生产的808 nm半导体激光器（LD）组件,由9个20 W的激光二极管组成（呈三角形等间距分布）,最大泵浦功率为180 W。
在平凹直腔的腔型结构下,当LD连续抽运Ф3 mm×65 mm Nd∶YAG激光棒时,分别选用不同长度的KTP倍频晶体,实现了II类临界相位匹配腔内倍频,最终在泵浦电流22.5 A时,获得了最大功率为21.3 W的连续、稳定532 nm激光输出,输出不稳定度优于2%,光-光（1064-532 nm）转换效率为42.6%。
文章关键词:LD侧面泵浦绿光激光器Nd∶YAG晶体KTP晶体内腔倍频文章快照:入谐波镜可以实现双通倍频，单端输出，所以功率大大提高。
除此之外，KTP的长度会直接影响倍频效率的大小，倍频晶体过短不可能获得高的转换效率；过长则由于插人损耗的增加、倍频过程引起的非线性损耗的增加导致腔内基频光功率密度下降，所以通过比较，我们选取了4m m×4mm×7mmKTP晶体，另外，在实验中一部分基波功率会被倍频晶体吸收，从而导致其温度升高，造成相位失配，所以除了加强水冷调节之外，还需要不断调节KTP晶体的角度使输出功率达到最佳。
同时，为了减小KTP晶体“灰线效应”的发生机率，还应有意扩大倍频晶体上的基模光斑半径以降低其上的激光功率密度。
4结论研究了最高功率为180W 的LD组件侧面泵浦Nd：YAG绿光激光器，选用Nd：YAG激光晶体及KTP倍频晶体，并对倍频晶体的长度进行了选择。
通过对谐振腔参数进行优化设计，最终在平凹直腔结构下进行腔内倍频，获得了21．3w的532nm绿光激光输出，输出不稳定度优于2％，光一光(1064—532nm)转换效率为42．6％。
如今后在谐振腔中加入基频光偏振元件，或采用折叠腔实验，会获到更高的倍频效率及功率输出。
LD泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器(特邀)
第49卷第12期Vol.49N o.12红外与激光工程Infrared a n d Laser Engineering2020年12月Dec.2020 L D泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器（特邀）郑立s汪会波u,田文龙\张大成\韩海年2,朱江峰、魏志义2(1.西安电子科技大学物理与光电工程学院，陕西西安710071;2.中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京100190)摘要：G H z飞秒激光器相比于传统的百M H z飞秒激光器，其频域中相邻纵模的间隔更大、可分辨 率更高，相同光谱范围内纵模密度更小，每个纵模分得的平均功率相对更高，在梳齿可分辨光谱学、直 接频率梳光谱学、光学任意波形产生以及天文摄谱仪校准等诸多领域有着更重要的应用价值。
文中从G H z飞秒脉冲的产生方案出发，着重对激光二极管泵浦的G H z重复频率全固态飞秒激光的产生方 案以及相应的技术挑战进行了详细介绍，然后重点综述了国际上基于S E S A M被动锁模以及克尔透镜 锁模全固态G H z飞秒激光器的研究进展，并结合笔者所在课题组取得的初步研究结果对全固态G H z重复频率飞秒激光器的应用价值以及笔者所在课题组的研究目标进行了展望。
关键词：G H z重复频率；全固态飞秒激光器；克尔透镜锁模；被动锁模中图分类号：T N242 文献标志码：A D O I：10.3788/I R L A20201069LD-pumped high-repetition-rate all-solid-statefemtosecond lasers {Invited)Zheng Li1,W a n g Hu i b o1'2,Tian W e n l o n g1，Zh a n g D a c h e n g1，H a n Hainian2,Z h u Jiangfeng1，W e i Zhiyi2(1. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China;2. Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy o f Sciences, Beijing 100190, China)Abstract:C o m p a r e d with traditional 〜100 M H z femtosecond lasers,the m o d e spacing i s larger of G H z femtosecond lasers so that each c o m b can simply be resolved.Furthermore,the less dense of longitudinal m o d e s results in higher average p o w e r.Therefore,i t has more important application value in m a n y research fields,such as comb-resolvabled spectroscopy,direct optical frequency c o m b spectroscopy,optical arbitrary waveform generation and astronomical spectrograph calibration.In this review,the generation schemes of G H z femtosecond pulses and the corresponding technical challenges of G H z-repetition-rate all-solid-state femtosecond lasersp u m p e d by laser diode were introduced in detail firsly.Secondly,the international research progresses of all-solid-state G H z femtosecond lasers based on S E S A M passively mode-locking and Kerr-lens mode-locking were summarized.Finally,the application value and research object of our group in all-solid-state G H z-repetition-rate femtosecond lasers were forcasted based on our preliminary research results.K e y w o r d s:G H z repetition rate;all-solid-state femtosecond lasers;Kerr-lens m o d e locking;passively m o d e locking收稿日期:2020-09-12;修订日期:2020-10-14基金项目:国家自然科学基金（11774277, 60808007);中央高校基本科研业务费（JB190501，Z D2006);陕西省自然科学基础研究计划(2019JCW-03)作者简介:郑立（1995-)，男，博士生，主要从事全固态激光技术方面的研究。
双波长LD泵浦Nd^(3+)∶YAG免温控被动调Q激光器的研究
双波长LD泵浦Nd^(3+)∶YAG免温控被动调Q激光器的研究吴航;窦飞飞;陈南亦;徐欢天;杨炳德;司光芙;董潮涌【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2024(54)5【摘要】传统的固体激光器体积、重量大,功耗高,限制了其在空间受限设备中的应用。
被动调Q的LD泵浦免温控固体激光器省去了复杂的温度控制装置,调Q机构简单,能够满足复杂温度环境的特殊应用场景的小型化、低功耗要求。
提出了基于双波长LD泵浦实现宽温度范围免温控阈值自适应的1.06μm激光脉冲输出方法。
基于Nd∶YAG晶体设计了角锥棱镜谐振腔,仿真分析了LD泵浦源到激光棒的面心距对热负载的影响,并确定4 mm的最佳面心距。
数值分析了相同泵浦功率下-40~60℃温度范围内激光静态能量输出变化,以及不同初始透过率的可饱和吸收体对激光阈值脉宽的影响。
计算结果表明在-37℃~60℃范围内,阈值脉宽都在200μs 以下,阈值脉宽最低点达到了29.4μs。
构建主波实时探测的阈值自适应调节装置并搭建实验系统,实验结果表明,在温度范围为-35~60℃时,阈值脉宽变化范围为40~180μs。
采用激光腔体一体加工成型,应用轻量化的铝合金材料,实现工程化应用,体积83.5 mm×44 mm×29.5 mm,重量约为230 g。
在23.8%初始透过率的饱和吸收体条件下实现单脉冲输出能量42 mJ,脉冲宽度5.2 ns。
【总页数】6页(P679-684)【作者】吴航;窦飞飞;陈南亦;徐欢天;杨炳德;司光芙;董潮涌【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所【正文语种】中文【中图分类】TN248.1;O436【相关文献】1.LD泵浦Cr:YAG被动调Q内腔式SrWO4锁模拉曼激光器实验研究2.LD泵浦Nd:YVO4/Cr4+:YAG被动调Q激光器性能实验研究3.无温控多波长LD泵浦方棒状Nd:YAG固体激光器4.LD泵浦的被动调QYb:YAG薄片激光器实验研究5.Er^(3+),Yb^(3+):glass/Co^(2+):MgAl_2O_4复合材料LD泵浦被动调Q微型激光器因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
中红外激光晶体ErYSGG的生长及LD泵浦的激光性能
1
引
言
3 μm 波段的激光， 由于该波段处于水的强吸收带，
Er3 + 的4 I11 /2 →4 I13 /2 跃迁在不同的基质中可产生 2． 7
用于切割含水量较高的人体组织时 ， 穿越深度仅约 1 μm， 热损伤范围小， 创口愈合时间快， 因而是精细外科 ［1 ］ 2． 7 3 手术的理想工作波段 ， 这一性质使得铒激光在医学及生物技术领域得到了非常广泛的应用 ； 此外，
2
2． 1
实
验
晶体生长 Er： YSGG 晶体采用提拉法沿 ＜ 111 ＞ 方向生长而成， Y2 O3 、 Sc2 O3 和 晶体生长所用原料为 4N 的 Er2 O3 、 Ga2 O3 ， 按 n（ Er2 O3 ） ʒ n（ Y2 O3 ） ʒ n（ Sc2 O3 ） ʒ n（ Ga2 O3 ） = 1． 05 ʒ 1． 95 ʒ 2 ʒ 3 （ 物质的量比 ） 进行配料， 其中 Ga2 O3 过量 2wt% 以补充挥发， 将均匀混合后的原料压块， 在 1250 ħ 下烧结 48 h， 进行固相反应得到多晶原料， 使用 3 下称重提拉单晶炉进行晶体生长， 60 mm 的铱坩埚在陕机院生产的 SJ78生长气氛为氮气， 拉速为 1 2 mm / h， 转速为 10 15 r / min， 生长出的晶体如图 1 所示， 尺寸约为 25 mm ˑ 120 mm。
摘要： 采用提拉法成功生长出了 Erʒ YSGG 晶体。吸收光谱分析表明 Erʒ YSGG 晶体在 967． 5 nm 有较强的吸收峰和 较宽的吸收谱带。采用 966 nm 半导体激光器泵浦 YSGG / Erʒ YSGG 复合激光晶体元件， 实现了 2． 796 μm 的连续激 最大输出功率 439 mW， 相应的斜率效率为 12． 5% ， 光光转换效率为 10． 6% 。 光输出， 关键词： Erʒ YSGG 晶体； 提拉法； 二极管泵浦； Erʒ YSGG 激光器 中图分类号： TN248． 1 文献标识码： A 985X（ 2012 ） 03056404 文章编号： 1000-
LD泵浦的全固态激光器的单频实现方法
#激光器件与元件#LD 泵浦的全固态激光器的单频实现方法郝二娟1,2,李 特1,2,檀慧明1,钱龙生11.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)2.中国科学院研究生院,北京100049提要:由于/绿光问题0的存在,使得全固态腔内倍频激光器的应用备受限制。
本文详细分析了用单纵模法实现全固态腔内倍频激光器单频输出的各种方法和实验装置。
关键词:全固态腔内倍频激光器;单纵模;单频;中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2006)02-0014-02Methods of obtaining single -frequency of all -solid -state lasersintracavity frequency doubling in diode -pumpedHAO Er-juan 1,2,LI Te 1,2,TAN Hui-ming 1,QIAN Long-sheng 11.Changchun Ins ti tute of Optics Fi ne Mechanics and Physics,the Chines e Academy of Science,Changchun,130022China;2.Graduate Sc hool of the Chinese Acade my of Science ,Beiji ng 100049,ChinaAbs tract:Because of the d Green problem d ,the applications of all-solid-s tate lasers i s li mited.Methods and mechanis m of obtaini ng si ngle-frequenc y in all-s olid-s tate intracavi ty frequency doubli ng lasers by si ngle-longitudinal-mode ways are described i n this paper.K ey words :all-s olid-s tate i ntracavi ty frequency doubli ng lasers;single-longitudi nal-mode;si ngle-frequency收稿日期:2005-08-05基金项目:863课题基金资助项目(2002A A311140)作者简介:郝二娟(1980-),女,博士生,主要从事二极管泵浦的全固态激光器方面的研究。
LD端面泵浦全固体高功率457nm脉冲激光器的研究的开题报告
LD端面泵浦全固体高功率457nm脉冲激光器的研究的开题报告一、选题背景随着激光技术的不断发展，激光器在医疗、通信、制造等领域得到广泛应用。
其中，脉冲激光器作为一种高能量、高功率、高稳定性的激光器，在工业和军事领域具有重要的应用价值。
然而，现有的脉冲激光器普遍存在体积大、功率低、成本高等问题，且波长覆盖范围有限，难以满足新兴领域的需求。
因此，开发新型高功率、全固态、波长覆盖广的脉冲激光器是当前的研究热点之一。
二、研究目的本文旨在设计一种基于LD端面泵浦的全固态高功率457nm脉冲激光器，并对其进行性能测试和优化，实现高能量、高稳定性、低噪声的输出。
三、研究内容1.系统设计：根据波长要求和器件性能，设计端面泵浦全固态激光器的光路结构、光学系统和稳定控制电路等。
2.材料选择：选取高品质、高激发交叉截面的Nd:YVO4晶体、高反射率、高透过率的反射镜材料和优质的Q开关材料，保证激光器的高品质因素。
3.系统搭建：根据设计方案，制作光路结构，搭建电路和控制系统，对全固态激光器进行组装，并对系统进行测试和调试。
4.性能测试和分析：对全固态激光器进行性能测试，包括激光输出能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、波长稳定性等参数，分析全固态激光器的输出特性。
5.性能优化：基于测试结果，对全固态激光器进行性能优化，例如优化光路结构、调节Nd:YVO4晶体温度、调整Q开关等，提高激光器的输出能量和稳定性。
四、研究意义本文的研究成果将有助于满足新兴领域对高功率、高能量、波长覆盖广的脉冲激光器的需求，促进激光技术在医疗、通信、制造等领域的广泛应用。
同时，本文的研究方法也为探索其他高性能、全固态激光器的设计和优化提供了指导和借鉴价值。
高重复频率LD侧面泵浦Nd_YAG电光调Q激光器
第23卷增刊光电工程V o l123, Sup. 1996年12月Op to2E lectron ic Engineering D ec,1996 高重复频率LD侧面泵浦N d∶YA G电光调Q激光器Ξ王卫民 杨成龙 陈津燕 唐 淳杨森林 廖银燕 邵英斌(中国工程物理研究院流体物理研究所,成都,610003)吕百达 蔡邦维(四川联合大学激光物理与化学研究所,成都,610064)摘要 文中介绍二极管激光侧泵浦Q开关激光器,激光介质是N d∶YA板条,几何尺寸为20.3mm×5mm×2.5mm,二极管激光与板条之间用柱透镜耦合,激光谐振腔为平凹腔,输出镜曲率半径为1m,透光率T=0.33。
用KD★P电光Q开关,得到输出脉宽为12.7n s、单脉冲能量1.97m J的激光,光束质量M2x=2.69、M2y=1.87,重复频率98H z。
主题词 Q开关激光器,二极管泵浦,二极管激光器。
H igh Repetition Ra te LD Side-Pu m ped Nd∶YAGElectro-Optic Q-Sw itched La serW ang W e i m i n,Yang Chenglong,Chen J i nyan,Tang Chun,Yang Sen l i n,L i ao Y i nyan,Shao Y i ngb i n(Institu te of F lu id P hy sics,Ch ina A cad e m y ofE ng ineering P hy sics,Cheng d u,610003)L u Ba ida,Ca i Bangwe i(Institu te of laser P hy sics and Che m istry,S ichuan U n ion U n iversity,Cheng d u,610064)Abstract A di ode laser side2pum ped N d∶YA G Q2s w itched laser is p resen ted inthe pap er.T he laser m edium is N d∶YA G slab.T he slab size is20.3mm×5mm×2.5mm.A cylindrical rod len s is u sed as coup ler betw een the LD and the N d∶YA GΞ该课题得到国家高技术863资助。
LD侧面泵浦Er 3+，Yb 3+∶glass波导被动调Q激光器说明书
LD 侧面泵浦Er 3+，Yb 3+∶glass 波导被动调Q 激光器刘大鹏1， 吴伟冲1， 雷訇1，2，3，4**， 朱占达1，2，3，4， 惠勇凌1，2，3，4， 李强1，2，3，4*1北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124；2北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124；3激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124；4跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124摘要 报道了一种LD 侧面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃波导被动调Q 激光器。
采用无胶键合技术，在波导芯层（原子数分数1% Er 3+，21% Yb 3+∶glass ）的四侧键合厚度为0.1 mm 的掺钴硼硅酸盐玻璃（Co 2+∶glass ）作为包层，阻断放大自发辐射（ASE ）的形成通路，提高激光输出效率。
波导两侧分别键合硼硅酸盐K9光学玻璃作为泵浦光传输层，改善泵浦均匀性，提高输出激光的光束质量。
在自由运转模式下，激光器输出的最大脉冲能量为34.7 mJ ，斜率效率为10.6%。
被动调Q 模式下，获得稳定输出单脉冲能量2.16 mJ 、脉宽4.7 ns 、峰值功率459 kW 的1.535 μm 脉冲激光，光束质量因子M 2=1.53。
实验结果表明，在Er 3+，Yb 3+∶glass 的四侧键合Co 2+∶glass 是抑制其内部ASE 效应、提高激光器单脉冲能量输出的有效方法。
关键词 激光器；固体激光器；波导；侧面泵浦；被动调Q 中图分类号 TN248 文献标志码 ADOI ： 10.3788/LOP 220822LD Side Pumped Er 3+,Yb 3+∶Glass Waveguide Passively Q -Switched LaserLiu Dapeng 1, Wu Weichong 1, Lei Hong 1,2,3,4**, Zhu Zhanda 1,2,3,4, Hui Yongling 1,2,3,4, Li Qiang 1,2,3,4*1Institute of Laser Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology,Beijing 100124, China ;2Beijing Engineering Research Center of Laser Technology, Beijing 100124, China ;3Beijing Colleges and Universities Engineering Research Center of Advanced Laser Manufacturing,Beijing 100124, China ;4Key Laboratory of Trans -Scale Laser Manufacturing Technology, Ministry of Education, Beijing 100124, ChinaAbstractLD side pumped Er 3+,Yb 3+∶glass waveguide passively Q -switched laser was reported. By adhesive -freebonding techniques, Co -doped borosilicate glass with a thickness of 0.1 mm was bonded on four sides of the core (atom fraction 1% Er 3+,21% Yb 3+∶glass) of waveguide. The aim was to block the formation pathway of amplified spontaneous emission (ASE) and improve the output efficiency of laser. In order to improve the pump uniformity and output beam quality of laser, K9 borosilicate optical glass was bonded on both sides of waveguide as the transmission layer of pump. In free -running mode, laser output was obtained with the maximum pulse energy of 34.7 mJ and the slope efficiency of 10.6%. In passively Q -switched mode, a pulse laser was achieved with wavelength of 1.535 μm, single pulse energy of 2.16 mJ, pulse width of 4.7 ns, peak power of 459 kW, and beam quality factor M 2=1.53. Experimental results demonstrate that the bonding of Co 2+∶glass on the four sides of Er 3+,Yb 3+∶glass is an effective method to inhibit ASE effect and improve the output pulse energy of laser.Key words lasers; solid -state laser; waveguide; side pumped; passively Q -switched1 引 言1.5 μm 波段的激光位于高透过率的“大气窗口”，对空气、烟雾的穿透能力强，且对人眼的损伤阈值高，是研究人眼安全激光器的热点波段［13］。
LD端面泵浦Nd：YAG板条激光振荡放大器
LD端面泵浦Nd：YAG板条激光振荡放大器摘要：本文提出了一种LD端面泵浦Nd:YAG板条激光振荡放大器的设计方法，通过对激光传播过程中的损耗和增益的分析，优化了激光的传输路径和参数，实现了高效、稳定的激光放大效果。
该设计方法能够满足激光器在工业制造、医疗、科学研究等领域的需求。
关键词：LD端面泵浦；Nd:YAG板条；激光振荡放大器；传输路径；激光放大效果一、引言激光器作为一种重要的光学器件，在工业、医疗、科学研究等领域都具有广泛的应用。
其中，基于固体激光材料的激光器因具有高效、稳定、易于制备等优点而得到了广泛的应用。
Nd:YAG是一种常用的激光材料，其具有高的吸收截面和较长的荧光寿命，在激光振荡放大器中被广泛运用。
其中，板条结构是一种常见的放大器结构，其具有高的增益和较小的晶体内部损耗，因此得到越来越广泛的应用。
二、激光器设计2.1 激光器结构本文设计的激光器结构如图1所示，其采用了LD端面泵浦的方式，将激光从激光二极管(LD)发出后，通过透过镜和反射镜对激光进行聚焦和反射，使其集中到Nd:YAG板条的表面，激发Nd3+的荧光，实现激光振荡放大。
经过板条反射镜反射后，激光在板条中反复多次来回传播，最终从输出端口输出。
2.2 激光传输路径激光传输路径的选择对激光放大效果有着重要的影响。
在本文的设计中，我们采用了下列路径：LD透过镜→板条→板条反射镜→板条→板条反射镜→输出端口其中，板条反射镜的作用是将激光反射回板条中，以提高激光增益。
透过镜的作用是将激光从LD二极管发出的小角度扩大至板条的宽度，同时消除横向模式间的间隔，以确保激光被有效地吸收和放大。
2.3 激光放大效果激光放大效果是衡量激光器性能的重要指标之一。
在本文设计的激光器中，我们选择了Nd3+3F4→4I11/2和4I13/2→4I15/2之间的跃迁，其具有高的放大截面和较长的荧光寿命，能够实现高效的激光放大效果。
同时，我们通过调节LD电流和LD透过镜的位置，使得激光的光斑大小和注入模式得到最优化。
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高重频LD泵浦Er∶YSGG固体激光器陈国;李宝;赵书云;苑利钢;魏磊【摘要】2.7～3.0 μm激光器在医疗、军事等方面具有重要的应用价值,本文简单分析了Er∶YSGG晶体的能级结构以及激光特性,重点描述了采用968 nm LD泵浦Er∶YSGG晶体产生2.79 μm激光,在500 Hz的泵浦频率下获得最高功率14.3 W 的2.79 μm激光输出,光光转换效率达到7.1％,斜效率达到11％,同时采用二氧化碲(TeO2)作为Q开关,实现10 W的脉冲输出,动静比达到70％,脉冲宽度63.18 ns,这对于2.79 μm激光在中长波激光器中的应用具有重要意义.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2019(049)008【总页数】5页(P956-960)【关键词】高重频;窄脉宽;Er∶YSGG;固体激光器【作者】陈国;李宝;赵书云;苑利钢;魏磊【作者单位】固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN248.11 引言2.7～3.0 μm波段激光处于水的吸收峰,能够激发水分子的高速动能,让水分子成为医疗手术中的切割媒介,在牙科、骨科等领域有着广泛的应用[1]。
同时,2.7～3.0 μm波段的激光又是泵浦非线性晶体产生中长波红外激光的优质泵浦源,其波长更靠近中长波,在非线性转换中,具有更高的量子效率,且在2.7 μm泵浦中长波红外光参量振荡器(OPO)时,信号光和闲频光分别对应中波和长波波段,可以通过这种方式实现中长波同时输出[2]。
目前,国内外对Er∶YSGG晶体产生的2.79 μm激光开展了非常广泛的研究,主要研究为氙灯侧泵Er∶YSGG晶体,但用氙灯泵浦时,由于氙灯发光谱线较宽,会导致Er∶YSGG晶体的吸收较差,激光转换效率较低,同时带来废热较大,热效应严重,严重影响输出功率的提高[3],因此开展LD 泵浦Er∶YSGG 的激光特性研究是提高激光输出功率的有效途径,具有非常重要的实际应用价值。
2 理论分析光谱研究表明,Er∶YSGG晶体在400～2500 nm波段内的吸收谱带主要为Er3+的特征吸收[4-6]。
常温下Er∶YSGG晶体在400～2500 nm波段的吸收光谱如图1所示。
由图1可知,Er∶YSGG晶体在487 nm、525 nm、656 nm、790 nm、970 nm及1535 nm附近有明显的吸收峰,分别对应于能级结构图(如图2所示)中Er3+从基态4I15/2到激发态4F7/2、2H11/2、4F9/2、4I9/2、4 I11/2及4I13/2的跃迁[7-8]。
图1 Er∶YSGG晶体吸收光谱Fig.1 Absorption spectrum of Er∶YSGG crystal 图2 Er∶YSGG晶体能级结构Fig.2 Energy level s tructure of Er∶YSGG crystal 根据Er3+ 在Er∶YSGG 晶体中的斯塔克能级[8-11],968 nm附近谱带对应4 I11/ 2 →4I15/2跃迁；当激发波长为970 nm时发射谱带强度较大。
Er∶YSGG晶体中Er3+上能级4I11/2寿命为1.4 ms,下能级4I13/2寿命可达到3.4 ms[12-13],是寿命更长的亚稳态。
受激辐射过程中,跃迁下来的粒子积累在4I13/2能级上,不利于激光发射过程中保持足够的粒子数反转。
因此,原则上说2.79 μm铒激光器是“自饱和”的,激光发射会自行终止。
由于4I13/2能级上的铒离子之间发生上转换过程4I13/2→4I9/2[11],同时也发生4I13/2→4I15/2的自发辐射,这就使为4I13/2与4 I11/2产生离子束反转成为可能[14-19]。
虽然Er∶YSGG晶体在487 nm、525 nm、656 nm、790 nm、968 nm及1535 nm有强吸收峰,但是结合Er3+的吸收光谱图以及能级结构图,可以知道产生2.79 μm激光的过程为:4I15/2能级的基态粒子通过受激跃迁到4I11/2能级,形成粒子束反转并辐射到4I13/2能级,并释放出波长为2.79 μm附近的光子形成激光,因此要获得2.79 μm波段的激光必须选用968 nm波长附近的光源作为激励,但是具体的吸收峰值波长在下文将通过实验获得。
3 实验测试3.1 吸收与发射特性测试本文采用波长在970 nm附近,波长可以调谐的半导体激光光源照射浓度35 %、长度3 mm的晶体,得出了晶体的吸收曲线如图3所示。
图3表明晶体在959～973 nm波段的单次吸收都在86.5 %以上,晶体吸吸收谱线较宽,吸收谱宽大于等于14 nm。
吸收谱较宽,便于选择合适的半导体激光泵浦源进行泵浦。
其中在968 nm处表现出吸收最强,通过计算,此处的吸收系数为7.8 cm-1,有利于形成巨大的粒子数反转。
图3 晶体吸收曲线Fig.3 Crystal absorption curve采用分光光度计测试了Er∶YSGG的荧光曲线如图4所示,在2.79 μm处有最强的发射峰。
图4 Er∶YSGG晶体的发射光谱Fig.4 The emission spectrum of Er∶YSGG crystal3.2 Er∶YSGG激光器实验装置实验装置如图5所示,采用三块968 nm LD线阵组成的侧泵模块侧面泵浦Er∶YSGG晶体的方式来实现激光输出。
LD峰值波长为968 nm,谱宽3.1 nm,正好处于晶体的吸收峰值。
晶体为掺杂浓度35 %的Er∶YSGG,直径为3 mm,长度为90 mm,双端键合,键合长度为两端各15 mm。
侧面为三维968 nm脉冲LD线阵,水温控制在25 ℃。
图5 激光器结构图Fig.5 Structure diagram of the laser由于Er∶YSGG热透镜效应较严重,平平腔在高功率下容易失谐,因此采用双凹腔对热透镜进行修复,实现稳定输出。
在激光器后镜上镀有2.6～3.0 μm 全反射膜,输出镜上镀2.6～3.0 μm半透半反膜(T=10 %)。
晶体本身转换效率低,因此采用声光调Q的方式将极大的减少插入损耗。
二氧化锑晶体制作的声光Q开关,激光透过率大于99 %,对激光进行调制,实现窄脉宽激光输出。
实验过程中,LD泵浦模块与YSGG/Er∶YSGG 晶体均采用水冷装置进行冷却,温度控制在25 ℃。
激光输出功率采用OPHIR 的NOVAⅡ型激光功率计测量,激光光谱仪采用IR550型红外光谱仪,测量精度0.02 nm。
4 实验结果与分析4.1 高功率2.79 μm静态输出由于晶体本身热导率不高,热透镜效应严重,连续泵浦会严重影响激光器的出光效率甚至对晶体带来严重破坏,为减小激光器的散热压力以及避免破坏,采用重频为500 Hz的脉冲电源驱动968 nm LD抽运Er∶YSGG,将谐振腔调至最佳时,实现14.3 W 2.79 μm激光输出,光光转换效率达到7.1 %,斜效率达到11 %,激光脉冲宽度为1μs,图6为激光器输出功率曲线。
采用红外光谱仪对激光光谱进行扫描,得到光谱图如图7所示。
激光器输出的激光波长峰值为2792.6 nm,谱宽(FWHM)为1.94 nm。
4.2 动态输出为实现高峰值功率输出,采用声光调Q的方式。
Q晶体采用二氧化锑,由于Q晶体表面膜层损伤阈值的限制,在500 Hz下,实现了10 W、2.79 μm激光光输出,单脉冲能量2 mJ,动静比达到70 %,脉宽63.18 ns,如图8所示。
图6 激光器输出功率曲线Fig.6 Output power curve of the laser图7 输出光谱图Fig.7 Spectrum of crystal图8 激光脉宽采集图Fig.8 Figure of pulse-width4.3 实验分析实验中发现,随着泵浦功率的增加,晶体的热透镜越来越严重,在泵浦功率超过200 W时,激光器的转换效率开始下降,再增加功率将导致激光器谐振腔失谐引起功率下降。
同时2.79 μm激光器器件的镀膜水平极大地限制了激光器功率水平的提升,经测试,目前该波段膜层的损伤阈值只能达到20～30 MW/cm2,如果能提高到500MW/cm2的水平,将大大改善激光器的输出功率水平。
5 结论本文采用重频500 Hz的脉冲LD抽运浓度35 %的Er∶YSGG晶体,实现14.3 W、2.79 μm静态输出,同时实现10 W动态输出,动静比达到70 %,重要的是在500 Hz 高频率下实现大于320 MW的峰值功率输出,同时输出的谱宽很窄(1.94 nm),为2.79 μm泵浦光参量振荡器,实现中波、长波一体化输出成为可能。
本文实现指标也是目前国内公开报道的2.79 μm、高重频、窄脉冲激光器的最高指标。
为了进一步提高该类激光器的功率水平,需要激光器的散热性能,减少热透镜效应,同时需要提升器件的镀膜水平。
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