[發明專利]使用氧化鈰調諧基于磷酸鹽的玻璃中的稀土離子發射波長

有效

• 申請號: 201310625218.1
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103848568B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 西米·喬治;內森·卡利;薩莉·普奇洛斯基;約瑟夫·海登
• 申請（專利權）人: 肖特公司
• 主分類號: C03C3/068
• 分類號: C03C3/068;C03C4/00;H01S3/17;H01S3/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

本發明涉及使用氧化鈰調諧基于磷酸鹽的玻璃中的稀土離子發射波長。具體地，本發明涉及一種Nd摻雜（和/或Yb摻雜和/或Er摻雜）的磷酸鹽激光玻璃，其峰值發射波長短于1054nm。在磷酸鹽玻璃基質體系中優選地并入氧化鈰（CeO₂）替換氧化鑭，以使所述峰值發射波長位移到短于1054nm的波長。本發明另外涉及一種使用混合玻璃布置和相位補償的激光器系統，其中所述混合玻璃體系中的一種玻璃是峰值發射波長短于1054nm的Nd摻雜（和/或Yb摻雜和/或Er摻雜）的磷酸鹽激光玻璃，并且涉及使用這類激光器系統產生激光束脈沖的方法。

技術領域

本發明涉及用于固態激光器應用、特別是短脈沖高峰值功率激光器應用中的玻璃。特別地，本發明涉及用于混合玻璃激光器系統的玻璃，其中磷酸鹽激光玻璃與鋁酸鹽或硅酸鹽激光玻璃組合使用。另外，本發明涉及一種Nd摻雜的磷酸鹽玻璃，其適用于混合玻璃激光器系統中，其中所述Nd摻雜的磷酸鹽玻璃的峰值發射位于較短波長處，也就是1054nm以下的波長。另外，本發明涉及一種在不對發射帶寬產生不利影響(即，變窄)的情況下使Nd摻雜的磷酸鹽玻璃的峰值發射波長位移到較短波長的方法。

背景技術

固態激光器的一個一般趨勢是制造具有較短脈沖長度的高能激光器，這使脈沖中的功率達到非常高的數值。例如，具有10納秒脈沖長度的10千焦耳激光器的功率是1TW(1TW＝10000J/10納秒)。在“Terrawatt to pettawatt subpicosecond lasers”(太瓦至拍瓦亞皮秒激光器)，M.D.Perry和G.Mourou，Science，第264卷，第917-924頁(1994)中描述了使用具有較短脈沖長度的高能激光器的趨向。

在高功率短脈沖激光器應用中，例如本發明拍瓦激光器系統和超短脈沖激光器(產生持續時間例如為1皮秒或更短的光脈沖的激光器)以及未來的艾瓦激光器系統，希望固態激光介質具有寬的發射帶寬。例如參考Laser Focus World，2008年4月，第19-20頁中描述的大力神激光器(Hercules laser)，其使用Ti摻雜的藍寶石晶體。設計利用短脈沖的激光器系統的一個重要因素是找到對于激光躍遷具有寬發射帶寬的增益材料。

對于鎖模激光器，由傅里葉定理可知的一個公知結果是，脈沖寬度越窄，產生所述脈沖所需的增益帶寬越大；因而變換受到限制。對于激光介質的不均勻展寬譜線寬度，如果脈沖的強度遵循高斯函數，那么所得的鎖模脈沖將具有發射帶寬/脈沖持續時間的關系為帶寬×脈沖持續時間≥0.44的高斯形狀。參考W.Koechner，Solid State LaserEngineering，第6版，Springer Science,，2005(第540頁)。顯然，為了實現甚至更短的脈沖持續時間，需要確定具有寬的發射帶寬的玻璃。

鈦-藍寶石[Ti:藍寶石，Ti:Al₂O₃]晶體具有寬的發射帶寬以及覆蓋寬發射區的高激光截面。這些性質與藍寶石晶體卓越的熱學性質、物理性質和光學性質結合在一起，使得其成為對于活性固態超短脈沖激光器來說精選的增益材料。然而，短的熒光壽命迫使需要用其它激光器來泵浦Ti:藍寶石(例如，Ti摻雜的藍寶石短脈沖激光器常常通過玻璃激光器泵浦，而玻璃激光器又通過閃光燈泵浦)。這增加了激光器的總體結構和復雜性，特別是當試圖擴大規模到艾瓦峰值功率時。此外，作為晶體材料，使Ti:藍寶石材料產生大孔徑而具有必備光學品質是一種挑戰且價格昂貴。

短脈沖激光器的另一設計利用稀土摻雜的玻璃。這類玻璃相對于晶體的優勢包括成本更低和可用能量更高(因為可以制造高光學品質的大尺寸玻璃，而Ti摻雜的藍寶石在尺寸上受限)。另外，可以實施更簡單的設計，因為玻璃增益材料可以通過閃光燈直接泵浦。不同于使用Ti:藍寶石晶體的激光器，該玻璃方法不需要首先構造泵浦激光器。

通過用具有發射激光能力的稀土元素摻雜基質玻璃體系制得激光玻璃，所述稀土元素例如釹和鐿。這些稀土摻雜的激光玻璃的發射激光能力是由光放大產生的，所述光放大通過在玻璃中的激發稀土元素離子的受激發射來實現。