激光自倍频晶体研究和应用进展

激光自倍频晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小,调整方便,稳定性高等优点。自1970年代以来,以LiNbO3,YAl3(BO3)4倍频晶体为基质的激光自倍频晶体实现了自倍频激光运转。近年来,以RECa4O(BO3)3(RECOB)为基质的激光自倍频晶体受到重视和广泛研究。本文从对激光晶体、非线性光学晶体及激光自倍频晶体的基本要求出发,在综述激光自倍频晶体研究历史的基础上,讨论了激光自倍频晶体中的基波和倍频光,探讨了NYAB和Nd:GdCOB一类晶体中晶体长度,Nd3+浓度和效率之间的关系。理论估算表明,当浓度适当,晶体长度10mm时,这两类晶体的光–光转换效率可达30%以上。本文总结了NYAB系列晶体的研究历程及RECOB系列激光自倍频研究的思路及取得的成果。在最近10年中,利用山东大学生长的Yb:YAB晶体,获得1.1 W自倍频绿光,光光转换效率为10%;在RECOB体系中,比较了各种晶体的特点,选定Nd:GdCOB为主要研究对象,经过晶体掺钕浓度和长度关系,位相匹配方向、膜系及热工程等多方面研究,获得了1.36 W的545 nm绿光输出,光–光转换效率为17.1%;输出功率为1.03 W时,半小时功率波动不超过1%。这是目前为止,Nd3+离子激光自倍频晶体的最好结果。文章最后介绍了激光自倍频晶体的可能应用。通过理论和实验分析,认为到目前为止Nd:GdCOB是以Nd3+为激活离子最后的激光自倍频晶体,而在Yb3+为激活离子时,Yb:YAB晶体最佳。

低阈值激光自倍频晶体Nd:GdCa_4O(BO_3)_3

:利用提拉法生长出大尺寸、高质量的激光自倍频晶体Nd∶GdCa4 O(BO3) 3(Nd∶GdCOB) .测量了Nd∶GdCOB晶体的室温偏振透过谱及荧光谱 ,计算了其在 53 0nm和 81 1nm处沿不同主轴的吸收截面 .利用电光调Q -Nd∶YAG激光器 ,首次测试得出晶体位于XY主平面外的 (θ=66.8°,φ =1 3 2 .6°)位相匹配方向的有效倍频系数为2 .1 pm/V ;而在XY主平面内 (θ =90° ,φ =4 6°)的方向为 0 .7pm/V .通过计算和实验比较 ,认为前者位相匹配方向为最佳倍频方向 .用钛宝石连续激光器对这两个方向的样品进行自倍频实验 ,在52 0mW的输入功率时获得绿光输出为 1 1 .3mW ,光 -光转换效率为 2 .3 % ,激光阈值低于 1mW .目前θ=66.8°,φ =1 3 2 .6°匹配方向在大功率钛宝石泵浦下 ,转换效率可以达到 1 4 .4 % .

激光自倍频晶体Yb_xY_(1 -x)Al_3 (BO_3)_4 的研究进展

本文回顾了自倍频晶体的发展过程 :从Yb3 + 离子的能级结构和光谱特性出发 ,阐述了掺Yb3 + 激光材料的研究前景和研究意义 ;简述了本课题组在YbxY1-xAl3 (BO3 ) 4晶体方面所取得的研究成果 ;并对YbxY1-xAl3 (BO3 ) 4晶体的未来发展作了展望。

激光自倍频Cr:KTP晶体的研究

早在本世纪60年代末,人们就提出了激光自倍频晶体的设想.1979年Dmitriev等人首次研制成功激光自倍频Nd:LN晶体,并在实验室内观察到激光自倍频现象.1981年Dorozhkin等人发表了NYAB晶体从1.32μm到0.66μm激光自倍频效应.1990年Chou等人首次简要地报道了第三个激光自倍频Cr:KTP晶体研究的信息,在此以前,我们实验室已开始了对Cr:KTP晶体生长的研究.

LD泵浦NYAB晶体的激光自倍频特性

用LD作泵浦光源,在NYAB晶体上实现了1.06μm～0.53μm 的激光自倍频运转.泵浦(?)值功率为24.75mW,0.53μm 绿光最大输出功率2.2mW,最大转换效率为1.1%.

激光自倍频晶体NYAB品质测定研究

NYAB晶体(四硼酸钇钕)因具有自激活、自倍频复合功能,在LD(激光二极管)泵浦的超小型蓝绿激光器件中有着广泛的应用前景。但由于NYAB晶体生长工艺的复杂性和LD泵浦激光器件对NYAB晶体性能品质的严格要求,需要对NYAB晶体的性能进行全面测量,以便得到符合要求的NYAB晶体。最直接。

Yb:YCOB黄光激光自倍频晶体

采用提拉法生长了不同掺杂浓度(5%~30%,摩尔分数,下同)的Yb:YCa_(4)O(BO_(3))_(3)(Yb:YCOB)激光自倍频晶体,研究了系列晶体的结构与掺杂浓度之间的关系,加工了最大有效非线性系数方向的自倍频晶体并实现微片结构器件设计。利用强电—声子耦合作用,在掺杂浓度为30%、晶体长度为4 mm的Yb:YCOB晶体中获得了最高功率为1.71 W的黄光激光输出,转换效率为11.97%,并通过设计镀膜条件将波长稳定在570 nm。结果表明,Yb:YCOB自倍频晶体可填补可实用黄光激光光源空白。

自倍频晶体的研究和激光应用进展

自倍频晶体是一种兼具激光特性和非线性特性的复合功能晶体。从非线性光学的基础理论和激光自倍频晶体的基本要求出发,综述了不同稀土离子掺杂的非线性基质LiNbO_(3)、YAB、LCB和ReCOB(Re=Y,Gd)晶体的发展历程,重点总结了近年来在激光自倍频晶体中取得的进展。Nd:GdCOB晶体的545 nm自倍频绿光功率突破10 W,Yb:YCOB晶体的513 nm自倍频青绿光功率突破5 W。通过电子-声子耦合作用,首次在Yb:YCOB晶体中实现瓦级自倍频黄光激光输出,输出波长在565~570 nm内可调谐。自倍频激光器结构简单、稳定性高、抗冲击性强,在军事对抗、激光医疗、激光显示等领域取得了多方面应用,展现出广阔的发展前景。

自倍频激光晶体NGAB的研究

本文报道用最小偏向角和固定入射角相结合的方法测量NGAB晶体的折射率no和ne，计算其相位匹配角，给出色散方程以及no和ne温度系数的测量结果．用LD泵浦3mm×3mm×5mm的NGAB晶体，实现1.06μm到0．53μm的自信频转换，输出5mW以上的绿色倍频激光，光─光转换效率约0.5％；基频激光1.064μm；输出为214mW；光─光转换效率为26％．

Nd:YCOB晶体的生长及其自倍频激光运转

采用提拉法生长了掺钕硼酸钙氧钇单晶,并测量了其吸收谱。根据其位相匹配曲线和有效非线性系数的计算,选定7个可能具有较大有效非线性系数的方向,加工了用于倍频的样品。经过比较,认为其中最好的倍频方向应为θ=64.5°,φ=35.5°,其d_(eff)为1.6pm/V。以钛宝石激光器为泵浦源的自倍频激光实验,在该方向获得最大绿光输出为19.4mW,转换效率3.7％,激光阈值仅为2mW。利用染料激光器和闪光灯作泵浦源,也实现了这一晶体的自泵浦激光运转。

自倍频激光器研究新进展

应澳大利亚Macquarie大学信息与通信科学学院院长J.A.Piper教授的邀请,我于2001年4月19日至5月10日在该院所属的激光及应用研究中心(CLA)进行了为期3周的合作研究。其间,参观了该中心的各种实验室,听取了有关研究人员对当前研究项目的介绍,并与他们进行了广泛的学术交流。利用该中心的先进仪器和设备,对我们晶体材料研究所生长的多种晶体做了晶体光学,特别是激光特性方面的研究,获得了有重要意义的新结果,弥补了我们仪器设备方面的短缺,对于我们目前所承担的研究项目起到了很大的促进作用。

激光工作物质

TN244 2000063818复合固态染料激光增益介质及其器件的研究进展=Research status of compound solid dye gainmedium and laser[刊,中]/胡芬,董必钦,钱国栋,王智宇,熊国鸿,樊先平,王民权(浙江大学材料科学与工程系.浙江,杭州(310027))//材料科学与工程.—2000,18(1).—106—110评述了复合固态染料激光增益介质和平面波导型薄膜激光增益介质与器件的研究现状。

Nd:Gd_xY_(1-x)Ca_4O(BO_3)_3晶体的生长及其光谱性能研究

利用熔体提拉法生长了大尺寸，高质量的新型激光自信频晶体Ｎｄ：ＧｄｘＹ１－ｘＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３简称Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ）．对Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的ＸＲＤ衍射图进行指标化，得到它的晶胞参数为α＝８．０８０Ａ； ｂ＝１６．０１６Ａ； ｃ＝３．５３８Ａ； β＝１０１．１８°；μ＝４９１．１Ａ３．对取自不同部位的晶体粉末进行ＩＣＰ原子发射光谱分析表明晶体整体组份均匀一致，根据熔体和晶体粉末的ＩＣＰ数据计算，Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体中Ｎｄ３＋的分凝系数为０．６３．首次报道了 Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体２００～３０００ｎｍ室温透过光谱和室温荧光光谱及荧光寿命．室温透过光谱表明Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的紫外吸收边在～２２０ｎｍ，具有很宽的透光波段（～２２０～２７００ｎｍ）； Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体在８００ｎｍ附近存在很强的吸收，适合于ＬＤ泵浦．荧光光谱表明Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体是一种很有潜力的ＲＧＢ（ｒｅｄ；ｇｒｅｅｎ， ｂｌｕｅ）激光自信频晶体．掺杂 ４％、 ５％ Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的荧光寿命分别为 １０５μｓ和１００μｓ．

Yb_(0.05):Gd_(0.20)Y_(0.75)Al_3(BO_3)_4和Yb_(0.05):Y_(0.95)Al_3(BO_3)_4晶体的生长和性质研究

采用助熔剂法生长Yb0.05:Gd0.20Y0.75Al3(BO3)4(Yb:GdYAB)和Yb0.05:Y0.95Al3(BO3)4(Yb:YAB)晶体。比较这两种晶体的室温吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命及热膨胀、比热等热学性质。结果表明,Yb0.05:Gd0.20Y0.75Al3(BO3)4晶体是一种优秀的激光自倍频晶体,可以实现自倍频激光输出,并且具有宽的可调谐范围。

Nd∶MgO∶LiNbO_3晶体的折射率测量和室温自倍频激光器

本文首次报道Nd:MgO:LiNbO_3晶体的折射率、位相匹配角及其室温自倍频激光器的测量结果。在26℃时,用小型氙灯泵浦,获得了每个脉冲400μJ的纯绿光输出,阈值小于4.8J,器件工作温度范围为25℃到45℃,没有观察到光折变现象。

Cr∶Nd∶YCa_4O(BO_3)_3光谱参数的计算

采用Czochralski法生长了透明均匀的Cr∶Nd∶YCaO(BO3) 3晶体 ,生长的晶体尺寸为4 2 .5×50mm ,生长参数为提拉速度为 0 .6mm/h ,转速为 2 5r/min。测定了其室温吸收谱。根据Judd -Ofelt理论拟合了Nd3+ 离子的强度参数Ωλ:Ω2 =0 .734× 10 - 2 0 ,Ω4 =6 .814× 10 - 2 0 ,Ω6 =2 .4 76× 10 - 2 0 ;并计算了各能级跃迁的自发辐射跃迁几率、辐射寿命、荧光分支比。其中4 F3/2 能级的寿命τtot=2 71.6 4 μs,4 F3/2 →4 I9/2 的荧光分支比 βc=58.0 1%。并对实验结果进行了讨论。

LD抽运准三能级自倍频激光器的计算与分析

对二极管激光器端面抽运的准三能级自倍频激光系统进行了详细的理论研究。首先 ,利用准三能级的速率方程和缓变包络近似 ,从 Maxwell方程出发 ,建立了准三能级自倍频激光器空间耦合波方程。然后结合典型二极管激光器抽运 Yb:YAB激光器的相关参数 ,用计算机模拟了该激光系统的数值解 ,理论结果显示自倍频光和基频光受晶体的温度影响很大 ,当晶体温度升高时 ,激光输出迅速降低 ;在有效倍频长度内 ,分别存在不同的最佳晶体长度使自倍频光和基频光输出最大 ;同时也得到了自倍频光与基频光强度成二次方变化的普遍倍频规律。最后利用M2因子对自倍频光和基频光的相对强度受抽运光光束质量的影响作了定量分析。

高效宽调谐新型全固态自倍频激光器

随着光电子技术及其应用的不断发展，自倍频激光器越来越受到人们的关注。自倍频激光器是一种特殊的激光器，它利用基质的非线性效应把激活离子受激辐射产生的基频光进行频率转换，使激光器既可以输出基频光也可以输出倍频光。与分立的倍频激光器相比，自倍频激光器简化了激光器设计，提高了激光器的实用效益.