高重频大能量1.6μm波段全固态激光的研究进展(特邀)

1.6μm附近波段激光不仅属于人眼安全波段,而且处于大气传输窗口,不仅如此,高重频、大能量的1.6μm附近波段激光还可携带高分辨率、大数据量的信息远距离传输。近年来随着晶体制备和镜片镀膜工艺的提高,通过直接泵浦增益介质和频率转换技术获得1.6μm附近波段的激光在重复频率、能量和光束质量等方面都得到了很大进展。首先,介绍了直接泵浦掺Er3+晶体、受激拉曼频移和光参量振荡产生1.6μm附近波段激光的原理和研究进展;其次,总结了三种方案在获得1.6μm附近波段激光的优点和缺点;最后,分析了它们在获得高重频、大能量1.6μm附近波段激光的应用前景。针对光参量振荡输出激光光束质量较差的问题,文中进行分析并给出相应解决方法,最后对通过光参量振荡获得较好光束质量、高重频、大能量1.6μm附近波段激光的发展前景进行了展望。

1.5μm波段多波长Er:Yb:YAl_3(BO_3)_4激光器

采用熔盐法获得了Yb3+和Er3+离子掺杂浓度分别为25和1.1at.%的YAl3(BO3)4晶体。利用970nm半导体激光器作为泵浦源,通过调节其准连续运转的占空比实现了增益介质在不同晶体温度下的激光运转,并分析了不同Er:Yb:YAl3(BO3)4晶体温度对1.5μm波段输出波长的影响。在端面泵浦的平-凹腔中,分别实现了1600、1550、1540、1520nm4种波长的激光运转,其斜率效率分别为21%、6%、17%、15%。当吸收泵浦功率为15.7W时,这4种激光波长的最大准连续输出功率分别达到2.4,0.64,1.5和1.2W。这种输出波长的温度效应有可能成为一种获取1.5μm波段特定应用波长激光的方法。

LD端面抽运Nd:YAP腔内RTP-OPO1.65μm激光研究

报道了基于非临界相位匹配磷酸钛氧铷晶体(RTP)的光参量振荡激光性能研究。采用激光二极管端面抽运Nd:YAP激光晶体,组成内腔式RTP-OPO系统,对比了在不同声光调Q重复频率下的信号光输出特性。在20 k Hz重复频率和13.1 W的抽运入射功率下,获得平均功率1.1 W的1.65μm人眼安全激光的输出,光-光转化效率为8.4%;在重复频率为5 k Hz时,获得了最窄脉4.4 ns,最高单脉冲峰值功率30.8 k W。结果表明,基于RTP晶体的OPO变频是获得1.6μm波段激光的一种有效新途径。

Er^(3+):Yb^(3+):GdAl_3(BO_3)_4晶体1.5～1.6μm波段激光性能

采用熔盐法获得了Yb3+和Er3+离子原子数分数分别为20%和1.1%的GdAl3(BO3)4(简称GAB)晶体.在平-凹谐振腔中,利用0.97μm波长光纤耦合准连续(CW)半导体激光端面抽运0.7 mm厚的该晶体,当输出镜透过率为1.5%时,获得斜率效率为20%,最高功率为1.75 W的1.5~1.6μm波段激光输出.输出激光波长随吸收抽运功率和输出镜透过率发生变化.当输出镜透过率为1.5%时,随着吸收抽运功率的增加,不仅起振的纵模带增加并且输出功率逐渐从1.60μm的纵模带中转移到1.55μm的纵模带中.而当吸收抽运功率为13.6 W时,随着输出镜透过率的增加,输出激光波长从1.60μm转移到1.52μm.结果表明Er3+和Yb3+双掺的GAB晶体是一种优秀的1.5~1.6μm波段激光材料.

Er^3＋／Yb^3＋：Sr3Y2(BO3)4晶体的光谱和激光性质

采用提拉法生长了双掺Yb3+和Er3+离子浓度分别为18.63%和0.87%(原子分数)的Sr3Y2(BO3)4晶体。利用测量的偏振吸收谱结合Judd-Ofelt理论,拟合得到了该晶体中Er3+离子的偏振和有效J-O参数。测量了Er3+离子4I13/2能级和Yb3+离子2F5/2能级的荧光衰减曲线,并计算了4I13/2能级的荧光量子效率和Yb3+到Er3+的能量传递效率。利用Fuchtbauer-Ladenberg公式计算了Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁的偏振受激发射截面。在平-凹谐振腔中,利用970 nm波长光纤耦合准连续半导体激光端面泵浦1.12 mm厚的该晶体,当输出镜透过率为1.5%时,获得了最大输出功率为1.3 W和斜率效率为20%的1560 nm附近的激光输出。结果表明,Er3+/Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体是一种优良的1.5～1.6μm波段激光的增益介质。

1.6μm波段单频激光器技术研究进展

1.6μm波段单频激光器在测风激光雷达、差分吸收激光雷达、空间光通信以及光学参量振荡器抽运源等方面都有重要的应用价值。概述了目前全固态激光器实现单频输出的主要技术方法,分别给出了微片腔法、扭转模腔法、腔内插法布里-珀罗(F-P)标准具法、环形行波腔法、耦合腔法、单块非平面环形腔法实现单频激光输出的工作原理和主要实验结果,重点介绍了1.6μm波段全固态单频激光器国内外发展状况。

2μm波段单掺铥脉冲固体激光器研究进展

2μm波段激光用途广泛,既可以应用于激光雷达、激光测距和医疗手术等领域,又可以作为中长波红外波段激光器的泵浦源。采用激光二极管直接泵浦掺铥晶体获得2μm波段激光,是一种直接高效的技术手段,受到了广泛关注。本文介绍了Tm∶YAG、Tm∶YAP和Tm∶YLF脉冲激光器的研究进展,并进行了总结与展望。

2μm波段掺铥倍半氧化物陶瓷激光器研究进展

具有低声子能量,高热导率的立方晶系倍半氧化物陶瓷是一种有潜力的铥掺杂激光材料,其常规3F4→3H6跃迁发射谱线可拓展至2.1μm波段。综述了Tm∶Sc2O3、Tm∶Y2O3、Tm∶Lu2O3陶瓷的光谱参数和激光性能的研究进展,并指出复合结构及混晶型陶瓷是掺铥倍半氧化物陶瓷激光的未来发展方向。