[發明專利]以鉺和鐿離子雙摻硼鋁酸鹽晶體為增益介質的1.5－1.6μm波段激光器

無效

• 申請號: 200610140890.1
• 申請日: 2006-10-16
• 公開（公告）號: CN101165978A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 陳雨金;林炎富;黃藝東;龔興紅;羅遵度;譚奇光
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/0941;H01S3/06;H01S3/08;H01S3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光晶體和器件領域。

背景技術

鉺激光器的1.5-1.6μm輸出波段處于光纖通信窗口和大氣傳輸窗口，而且該波段激光對人眼安全，因此被廣泛應用在國防和民用領域。由于Er³⁺離子在InGaAs半導體激光器輸出波段0.97μm附近的吸收很弱，為了提高半導體激光的泵浦效率，通常將在0.97μm附近波段具有高吸收截面的Yb³⁺離子作為敏化離子與Er³⁺離子雙摻到增益介質中。為了增加從Yb³⁺到Er³⁺離子的正向能量傳遞速率，減小反向能量傳遞速率和Er³⁺離子的上轉換過程，實現Er³⁺離子⁴I_13/2激光上能級粒子的高效布居反轉，增益介質必須具有較高的聲子能量。而高的聲子能量將導致在激光運轉過程中產生更多的熱量。因此，為了減小熱效應對激光性能的影響以及避免在高泵浦功率下介質發生損傷，增益介質還需要有良好的導熱和機械性能。目前，被廣泛研究的輸出1.5-1.6μm激光的增益介質主要是具有高聲子能量的磷酸鹽玻璃(聲子能量大約為1300cm^-1)和硼酸鈣氧鹽(YCa₄O(BO₃)₃和GdCa₄O(BO₃)₃)晶體(聲子能量大約為1400cm^-1)。但由于這些材料的熱導率較低(磷酸鹽玻璃為1.2Wm^-1K^-1，硼酸鈣氧鹽晶體為2.65Wm^-1K^-1)，還未能在高斜率效率運轉的同時實現高功率1.5-1.6μm激光輸出。例如，以Er³⁺和Yb³⁺離子雙摻的YCa₄O(BO₃)₃晶體為增益介質的激光器雖然其斜率效率高達26.8％，但是連續激光的輸出功率僅為225mW；以Er³⁺和Yb³⁺離子雙摻的LaSc₃(BO₃)₄晶體為增益介質的激光器雖然其準連續激光輸出功率達到1.1W，但是其斜率效率僅為4.6％；Er³⁺和Yb³⁺離子雙摻磷酸鹽玻璃材料的斜率效率在15-40％之間，最大輸出功率一般不超過250mW。另外，雖然Er³⁺和Yb³⁺離子雙摻YAl₃(BO₃)₄晶體的生長和光譜已有報道(Materials?Research?Bulletin，39(9)(2004)1329)，但其僅限于對該晶體材料紅外和上轉換可見光譜初步的簡單測量，并未評估該基質晶體中Er³⁺和Yb³⁺離子的光譜性能和Yb³⁺到Er³⁺離子的能量傳遞效果，該文沒有提及，也無法從該文推斷該材料具有同時實現高效和高功率1.5-1.6μm激光輸出的潛在可能。

發明內容

本發明的目的是采用具有高聲子能量和高熱導率的晶體作為基質材料，通過控制晶體中Er³⁺和Yb³⁺離子的濃度，同時實現高效和高功率的1.5-1.6μm激光輸出。