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 % .

新型激光自倍频晶体Cr:Nd:Gd Ca_4O(BO_3)_3

首次利用提拉法生长了优质铬离子敏化激光自倍频晶体Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３（Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ） ，发现当铬离子和钕离子双掺时，由于协同效应使铬离子容易进入ＧｄＣＯＢ晶体中，测量了Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ 和Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ晶体的室温透过谱和荧光谱。Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ晶体在蓝紫外区比Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ晶体具有更强的吸收，适合于利用闪光灯泵浦。利用闪光灯泵浦分别对长度为７ｍｍ ，沿最佳倍频方向（θ＝ ６６．８°，＝１３２．６°） 切割的Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ和Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ 晶体进行自倍频实验。Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ的激发阈值为０．９Ｊ，而Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ的激发阈值为１ ．０Ｊ。在１０Ｊ的输入能量时，Ｃｒ∶Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ输出绿光能量为２ ．４６ｍＪ，而Ｎｄ∶ＧｄＣＯＢ输出绿光能量为１ ．９６ｍＪ，说明在该晶体中，铬离子对钕离子有很好的敏化作用。

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。

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。

新型Nd^(3+)∶Ca_4GdO(BO_3)_3自倍频晶体Cr^(4+)∶YAG被动调Q激光特性研究

采用氙灯抽运自倍频晶体Nd3 +∶Ca4GdO(BO3 ) 3 (简称Nd∶GdCOB) ,Cr4+∶YAG被动调Q ,实现了Nd∶GdCOB晶体被动调Q激光运转 ,测量了饱和吸收体Cr4+∶YAG不同小信号透过率下绿激光单脉冲的输出能量、脉冲宽度、重复率 ,给出了描述Nd∶GdCOB晶体调Q工作原理的耦合波方程组 ,数值求解了该方程组 。

Nd∶GdCOB晶体1331.0nm自倍频特性(英文)

计算了Nd∶GdCOB晶体的相位匹配角。用Datachroom 5 0 0 0染料脉冲激光作为泵浦源 ,在Nd∶GdCOB晶体中实现了由 13 3 1.0nm到 665 .5nm的自倍频激光运转 ,阈值能量为 14.2mJ;当泵浦能量为 2 5mJ时 ,665 .5nm激光的输出能量为 0 .62mJ ,相应的转换效率为 2 .5 %。

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。

激光非线性复合功能晶体的研究和发展

简要回顾了激光非线性复合功能晶体(即自倍频晶体)的发展过程,从结构、生长和性能等方面对现已研制发展的Nd:Mg:LiNbO3(NMLN)、NdxY1-xAl3(BO3)4(NYAB)、C4:KTP、LaBGeO5:Nd3+、β’-Gd2(MoO4)3:Nd3+(GMO:Nd3+)、掺Nd3+或Yb3+的ReCa4O(BO3)3(ReCOB;Re=Gd、Y)(即 Nd:GdCOB、Yb:GdCOB、Nd:YCOB、Yb:YCOB)、Yb:BaCaBO3F等几种主要类型的自倍频晶体的研究现状进行了总结,并对该类晶体的发展做了展望.

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。

NYAB系列晶体中的生长缺陷

NdxY1-xAl3 (BO3 ) 4(NYAB)系列晶体是过去十几年来受到普遍关注的自倍频晶体 ,该晶体兼备激光晶体和非线性光学晶体的优良特性 ,如 :具有大的激光发射截面和相当高的非线性光学系数。作为自倍频晶体 ,目前还没有任何其它晶体的物理性质可与之相比拟。但由于该晶体结构的复杂性和生长硼系晶体溶液的高粘滞性 ,生长高完整性的NYAB系列晶体十分困难。这里我们主要报道对NYAB系列晶体中一类典型缺陷———孪晶的研究。采用化学腐蚀法对NYAB晶体的 ( 1 1 2 0 )晶片进行观察 ,发现该晶体中存在孪晶结构。由于孪晶与主晶极轴方向相反 ,导致两者间腐蚀速度的差异。测量晶体的压电响应发现 :由于孪晶界面倾斜于 ( 1 1 2 0 )晶片的表面 ,导致界面附近压电系数几乎为零。进一步说明在结构上主晶与孪晶极轴是反向的。采用X射线衍射形貌术对该晶片观察发现 ,孪晶在形貌像中不出现结构因子衬度 ,仅出现界面的运动学衬度 ,因此可以确定NYAB晶体中的孪晶为反演孪晶 ,主晶与孪晶结构互为中心对称。同样采用化学腐蚀法对YbxY1-xAl3 (BO3 ) 4(YYAB)晶体的 ( 1 0 1 1 )晶片进行观察 ,发现主晶与孪晶区蚀坑均为三角形 ,但三角形的取向不同 ,证实晶体中存在孪晶结构。在同步辐射形貌像中 。

强—强联合的晶体材料研究

我于2001年4月19～26日应邀在澳大利亚Macquarie大学访问一周,参观了该校信息与通信科学学院的部分系科和实验室,包括物理系,数学系,激光及其应用中心,作了题为"自倍频激光晶体最新研究进展"的学术报告,并就合作项目的学术思想及当前发展趋势和今后工作方向进行了详尽的讨论。同时,还和一起访问Macquarie大学的本所刘均海博士在实验室设计和制订了几种晶体的实验方案,对两种晶体进行了初步实验。 1 访问成果 1.1 合作的具体目标。我们和Macquarie大学激光及其应用中心有长期的合作关系。1996年J.A.Piper教授就访问过本校,以后本所毕业生王璞到该中心攻读博士学位,就自倍频激光晶体开展研究工作,为双方合作开了好头。

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。

Nd:GdCOB晶体实现瓦级自倍频绿光输出

自倍频激光晶体集激光与倍频功能于同一材料，利用其制成的自倍频激光器具有结构简单、调整方便、造价低等优点，是近年来激光材料与器件研究热点之一。掺钕硼酸氧钙钆[Ndx：Gd1-xCa4O（BO3）3，简称Nd：GdCOB]晶体具有易生长、光学均匀性好、非线性系数大及抗光伤阈值高等特性，是一种有实际应用前景的优秀自倍频材料。

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。