C-cut Tm:YAP晶体连续光特性实验研究

掺铥铝酸钇晶体(Tm:YAlO_(3),Tm:YAP)具有机械性能与热力学性能优良、发射截面大等优点,可用商用半导体激光器(laser diodes,LD)作为泵浦源,是2μm光源的理想增益介质。由于Tm:YAP晶体具有各向异性,不同切向轴向摆放下的激光输出特性有所不同。本文使用793 nm的LD作为泵浦源,研究了c向切割(c-cut)Tm:YAP晶体在激光偏振方向平行于a轴(E//a)和激光偏振方向平行于b轴(E//b)下的连续光运转输出特性以及波长调谐输出特性。研究表明:在28 W的泵浦功率下,当E//a时,Tm:YAP激光器连续光输出功率为8.66 W,斜率效率为32.1%;当E//b时,Tm:YAP激光器连续光输出功率为8.41 W,斜率效率为31.1%;在腔内以布儒斯特角插入双折射滤光片对输出激光波长进行调谐,在15 W的泵浦功率下,当E//a时,输出激光波长调谐范围为1 888.8~2 084.4 nm,调谐宽度为195.6 nm;当E//b时,输出激光波长调谐范围为1 889.6~2 043.1 nm,调谐宽度为153.5 nm。实验结果表明,c-cut Tm:YAP晶体沿a轴和b轴放置时都可以实现高功率高效率的连续光输出及宽范围的波长调谐,且E//a时和E//b时的波长调谐曲线形状近似互补,有潜力实现高功率窄脉宽的激光输出。

Tm:YAP晶体生长及光谱特性研究

采用提拉法生长了掺杂浓度分别为4、8与10at％的Tm:YAP晶体．测定了Tm3+在YAP基质中的分凝系数为0．88．采用同步辐射的方法研究了Tm:YAP晶体的生长条纹和结构应力缺陷．晶体的吸收峰位于694和795nm;荧光谱峰值在2．0μm附近,因此Tm:YAP晶体有望成为一种新型的适合LD泵浦的中红外激光材料．

2μm波段激光晶体Tm:YAP的生长缺陷

采用提拉法沿a、b、c轴方向生长了Tm:YAP晶体,研究了该晶体的几种常见缺陷。通过化学腐蚀,利用光学显微镜观察了Tm:YAP晶体主要晶面的位错腐蚀坑形貌,发现在沿b轴生长晶体的(010)面上存在位错蚀坑密度不同的区域,对其成因进行了分析。借助偏光显微镜研究了晶体中的孪晶及消光现象,分析了成因并提出了消除措施。用He-Ne激光对晶体内的散射颗粒分布进行了研究,在扫描电镜(SEM)下观察到形状不规则的散射颗粒夹杂。上述研究结果对获得优质Tm:YAP晶体具有重要意义。

Tm∶YAP激光晶体的生长

采用提拉法生长了b轴Tm：YAP晶体，晶体尺寸为φ（20～25）mm×（60～70）mm．针对部分晶体中存在的开裂、散射颗粒等宏观缺陷，分析讨论了其成因并提出了改进措施．对晶体吸收光谱和荧光光谱的测定结果表明，晶体的吸收峰位于694和795nm，荧光谱峰值在2．01μm附近．

LD双端抽运板条Tm:YAP激光器研究

中红外2μm波段的激光,处于人眼安全和大气弱吸收带,在激光医疗美容、激光测风雷达、材料加工、气体环境检测等领域都有重要的应用价值。1.9μm激光作为2μm激光的重要泵浦源,获得高功率的1.9μm激光是很关键的。板条状激光晶体易于散热,输出功率高于块状晶体,建立板条状Tm:YAP晶体的热分布模型,模拟了晶体内部的光场分布;采用双端抽运的方式,选用输出镜透过率为T=10%、曲率半径为R=200时,获得最大输出功率为21.25W,斜率效率为25.7%,光光转换效率为25.6%,中心波长为1988nm的激光输出。

激光二极管抽运Tm:YAP2μm激光器研究

该文报道了一种室温条件下795 nm的激光二极管(LD)端面抽运连续掺铥铝酸钇(Tm:YAP)激光器。产生人眼安全波段的激光输出,利用掺杂浓度为3at%,a轴切割,尺寸为3×3×10 mm3的Tm:YAP晶体,采用平凹腔结构,当输出镜透过率T=10%时,获得最大输出功率6.87 W的1988 nm连续激光输出,斜率效率39.4%。x和y方向上的光束质量M2因子分别为1.34和1.38。可以作为3-5μm、8-12μm波段可调谐光参量振荡器(OP)有效抽运源。

Tm∶YAP激光晶体光谱参数的计算

采用丘克劳斯基(Czochralski)法生长了Tm∶YAP晶体,研究了该晶体在室温下的吸收光谱和荧光光谱。结果表明,Tm∶YAP晶体在689.5 nm和795 nm左右有较强的吸收峰,分别对应于3H6→3F3和3H6→3H4的能级跃迁,半峰全宽(FWHM)分别为22.5 nm和30 nm,吸收截面分别为1.89×10-20cm2和1.35×10-20cm2。荧光光谱表明Tm∶YAP晶体发射波长为1.89μm,相应的荧光寿命为13.90 ms,发射截面为1.58×10-19cm2。根据乍得-奥菲特(Judd-Ofelt)理论计算了Tm3+在Tm∶YAP晶体中的强度参数:Ω2=1.4560×10-20cm2,Ω4=2.0673×10-20cm2,Ω6=0.3181×10-20cm2。结果表明,Tm∶YAP晶体具有宽的吸收峰、长荧光寿命和较大的积分发射截面的性质,非常适合于激光二极管(LD)抽运,有利于获得低阈值高效率的2μm波段激光输出。

Tm∶YAP激光波长调谐及脉冲运转性能的研究

报道了由LD泵浦的Tm∶YAP激光器的研究工作。Tm∶YAP激光器采用波长为793 nm的LD进行端面泵浦,腔内声光调Q运转。当激光工作重复频率为300 Hz、输入泵浦功率为37.07 W时,获得了最大单脉冲能量为17.06 mJ、脉冲宽度为26.9 ns的1936 nm激光输出,相应的峰值功率为634.2 kW,在目前已报道的该晶体峰值功率数值中较高。在最大泵浦功率下,激光器在水平和垂直方向上的光束质量分别为1.41和1.34。此外,在激光器连续运转下,采用双法布里-珀罗标准具对激光波长进行调节,光谱调谐范围1932.11~1942.07 nm。

激光二极管双端抽运Tm:YAP激光器

简要分析了掺铥铝酸钇(Tm∶YAP)晶体的能级结构及吸收光谱特性,报道了一种室温条件下的激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶YAP激光器。激光器输出的中心波长为1996 nm,2μm连续激光输出功率为40.7 W,光-光转换效率为30.4%,斜率效率为41.1%。经过声光(AO)调制后获得重复频率为10 kHz的脉冲激光输出,输出功率为34.6 W,激光脉冲宽度为92.08 ns,光-光转换效率为25.9%,斜率效率为32.9%。光束发散角x方向为11.6 mrad,y方向为12.2 mrad。

室温下高效率连续波激光二极管端面抽运Tm:YAP激光器

报道了一种室温下高效率运行的激光二极管(LD)端面抽运Tm:YAP连续波激光器。抽运源使用波长为795 nm的光纤耦合二极管激光器,Tm:YAP晶体c轴切割,掺杂原子数分数为3%,尺寸为3 mm×3 mm×7 mm。当输出镜透过率T为10%时,获得8.12 W的1.94μm连续波激光输出,相对应的抽运功率为26.2 W,阈值抽运功率为4.67 W,斜率效率为52.1%,光-光转换效率为31.0%。使用光栅单色仪测得激光器输出中心波长为1938.2 nm,谱线半峰全宽约为2.9 nm。

基于银纳米棒饱和吸收体的2μm脉冲激光特性

制备了吸收波长为2μm的银纳米棒(ANRs),并将其作为可饱和吸收体应用于2μm被动调Q激光器中。采用结构紧凑的直线腔设计,实现了稳定的激光二极管抽运2μm被动调Q脉冲激光运转。在吸收抽运功率为5.73 W的情况下,获得的调Q平均输出功率为118mW,重复频率和脉冲宽度分别为24.32kHz和1.455μs。