專利名稱：一種采用雙摻非線性激光晶體的可調(diào)諧固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體和器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧激光器因其輸出激光波長在幾百納米范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)而在許多領(lǐng)域得到 廣泛應(yīng)用。與染料可調(diào)諧激光器相比，固體可調(diào)諧激光器使用壽命長、光束質(zhì)量高，是可調(diào) 諧激光技術(shù)的發(fā)展方向。其中的摻鈦藍寶石激光器以調(diào)諧波長范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、輸出功 率大而著稱。其典型的構(gòu)成為利用輸出波長在808nm附近GaAlAs半導(dǎo)體泵浦激光晶體 Nd3+ YVO4或Nd3+ YAG產(chǎn)生1064nm波長的激光，經(jīng)非線性光學(xué)晶體KTP或LBO倍頻得到532nm 綠色激光，再用該綠色激光泵浦可調(diào)諧激光晶體Ti3+ = Al2O3并最終輸出在700nm到1200nm 波長范圍可調(diào)諧的激光。該激光系統(tǒng)需要兩塊激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體，器件結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，維護困難，穩(wěn)定性和可靠性都比較差，而且價格比較昂貴，對使用環(huán)境的要求也比較 高，在很多領(lǐng)域都無法應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是只利用一塊雙摻稀土離子和過渡族金屬離子的非線性激光晶體 作為增益介質(zhì)，利用該類晶體同時具有受激發(fā)射和非線性光學(xué)性能的特性，采用能被該晶 體中的稀土離子有效吸收的紅外光作為泵浦源，通過確定該晶體在基波激光波長處的自倍 頻相位匹配方向，將基波激光波長經(jīng)該晶體自身倍頻后處于晶體中過渡族金屬離子的有效 吸收譜帶中，過渡族金屬離子吸收該倍頻光后輸出可調(diào)諧固體激光。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種采用雙摻非線性激光晶體的可調(diào)諧固體激光器，是由紅外光泵浦系統(tǒng)、摻雜 稀土離子和過渡族金屬離子的雙摻非線性激光晶體、波長調(diào)諧元件和鍍上介質(zhì)膜的激光腔 鏡組成，其特征在于該激光器只采用一塊GdAl3 (BO3) 4或一塊LaSc3 (BO3) 4雙摻非線性激光 晶體作為激光介質(zhì)，并以0. 5at. % 10· Oat. %的Nd3+離子或1. Oat. % 50· Oat. _Yb3+ 離子取代GcT離子和La3+離子，同時以0. 5at. 10. Oat. %的03+離子或0. 05at. % 5. Oat. %的Ti3+離子取代Al3+和Sc3+離子，采用能被該雙摻非線性激光晶體中的稀土離子 有效吸收的紅外光作為泵浦源，實現(xiàn)可調(diào)諧固體激光輸出；該雙摻非線性激光晶體根據(jù)基 波激光的自倍頻相位匹配需要進行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向 垂直。所述的雙摻非線性激光晶體的兩端面鍍紅外泵浦光、稀土離子基波光和過渡族金 屬離子可調(diào)諧激光的增透膜。直接將對稀土離子的倍頻光高反，對過渡族金屬離子可調(diào)諧激光高透的介質(zhì)膜鍍 在所述雙摻非線性激光晶體面向波長調(diào)諧元件的端面上。該固體可調(diào)諧激光器的一種基本構(gòu)造如附圖所示，其中1是雙摻非線性激光晶體，其通光方向與倍頻稀土離子基波激光的相位匹配方向一致；2是激光腔的入射鍍膜鏡；3是對稀土離子的倍頻光高反，對過渡族金屬離子可調(diào)諧激光高透的鍍膜片；4是對過 渡族金屬離子激光波長進行調(diào)諧的元件或元件組合；5是激光腔的出射鍍膜腔鏡；6是端面 泵浦的紅外光入射方向；7是側(cè)向泵浦的紅外光入射方向；8是可調(diào)諧激光出射方向。利用本發(fā)明技術(shù)方案制造的可調(diào)諧固體激光器具有的有益效果是激光器件更加 緊湊，在很大程度上克服了器件制造、維護、調(diào)整的復(fù)雜性，降低了制造和維護成本，提高了 運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，將進一步拓展可調(diào)諧固體激光的應(yīng)用領(lǐng)域。


附圖為一種采用雙摻非線性激光晶體的可調(diào)諧固體激光器結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式
實例1 :807nm波長的紅外光端面泵浦雙摻Nd3+和Cr3+的GdAl3 (BO3) 4非線性激光 晶體產(chǎn)生650nm到SOOnm波長范圍的可調(diào)諧固體激光。雙摻非線性激光晶體Ndaci4Gda96(CrcitllAla99)3(BO3)4兩端面沿垂直于I類相位匹配 角θ =30.3°定向切割，同時確定晶體的大小(一般為Φ 5Χ 20mm3的圓柱)，端面拋光后 置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長807nm附近高透、Nd3+離子 基波激光波長1064nm附近、倍頻光532nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高 反(反射率R > 99% )；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(反射率R > 99% )、650nm 到SOOnm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長范圍在650nm到SOOnm的雙折 射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到SOOnm調(diào)諧范圍的透過率在到10%之 間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個適于807nm紅外光沿方向6端面泵浦，沿方向 8輸出650nm到800nm的結(jié)構(gòu)簡單可調(diào)諧固體激光器。實例2 :976nm波長的紅外光端面泵浦雙摻Y(jié)b3+和Ti3+的GdAl3 (BO3) 4非線性激光 晶體產(chǎn)生700nm到950nm波長范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體Yba2Gda8(Tiatltl5Ala 995) 3 (BO3)4兩端面沿垂直于I類相位匹配 角θ =32.9°定向切割，同時確定晶體的大小(一般為Φ 5Χ 20mm3的圓柱)，端面拋光后 置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長976nm附近高透、Yb3+離子 基波激光波長1040nm附近、倍頻光520nm附近、Ti3+離子激光調(diào)諧范圍700nm到950nm高 反(反射率R > 99% )；膜片3在1040nm附近、520nm附近高反(反射率R > 99% )、700nm 到950nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長范圍在700nm到950nm的雙折 射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在700nm到950nm調(diào)諧范圍的透過率在到10%之 間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個適于976nm紅外光沿方向6端面泵浦，沿方向 8輸出700nm到950nm的結(jié)構(gòu)簡單可調(diào)諧固體激光器。實例3 :807nm波長的紅外光端面泵浦雙摻Nd3+和Cr3+的LaSc3 (BO3) 4非線性激光晶體產(chǎn)生650nm到SOOnm波長范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體Ndaci3Laa97(CracilSca99)3(BO3)4兩端面沿垂直于自倍頻相位 匹配角定向切割，同時確定晶體的大小(一般為Φ5Χ20πιπι3的圓柱)，端面拋光后置于入射 腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長807nm附近高透、Nd3+離子基波激光波 長1064nm附近、倍頻光532nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高反(反射率R>99% )；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(反射率R > 99% )、650nm到800nm調(diào) 諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長范圍在650nm到SOOnm的雙折射濾光片、 光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到SOOnm調(diào)諧范圍的透過率在1 %到10%之間(根據(jù) 紅外光泵浦功率確定)。這便是一個適于807nm紅外光沿方向6端面泵浦，沿方向8輸出 650nm到800nm的結(jié)構(gòu)簡單可調(diào)諧固體激光器。實例4 :976nm波長的紅外光端面泵浦雙摻Y(jié)b3+和Ti3+的LaSc3 (BO3) 4非線性激光 晶體產(chǎn)生700nm到950nm波長范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體Ybtl. ^a0.9 (Ti0.0058c0.995) 3 (BO3) 4兩端面沿垂直于自倍頻相位匹 配角定向切割，同時確定晶體的大小(一般為Φ5Χ20πιπι3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔 鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長976nm附近高透、Yb3+離子基波激光波 長1040nm附近、倍頻光520nm附近、Ti3+離子激光調(diào)諧范圍700nm到950nm高反(反射率R
>99% )；膜片3在1040nm附近、520nm附近高反(反射率R 99% )、700nm到950nm調(diào) 諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長范圍在700nm到950nm的雙折射濾光片、 光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在700nm到950nm調(diào)諧范圍的透過率在到10%之間(根據(jù) 紅外光泵浦功率確定)。這便是一個適于976nm紅外光沿方向6端面泵浦，沿方向8輸出 700nm到950nm的結(jié)構(gòu)簡單可調(diào)諧固體激光器。
權(quán)利要求
一種采用雙摻非線性激光晶體的可調(diào)諧固體激光器，是由紅外光泵浦系統(tǒng)、摻雜稀土離子和過渡族金屬離子的雙摻非線性激光晶體、波長調(diào)諧元件和鍍上介質(zhì)膜的激光腔鏡組成，其特征在于該激光器只采用一塊GdAl3(BO3)4或一塊LaSc3(BO3)4雙摻非線性激光晶體作為激光介質(zhì)，并以0.5at.％～10.0at.％的Nd3+離子或1.0at.％～50.0at.％的Yb3+離子取代Gd3+離子和La3+離子，同時以0.5at.％～10.0at.％的Cr3+離子或0.05at.％～5.0at.％的Ti3+離子取代Al3+和Sc3+離子，采用能被該雙摻非線性激光晶體中的稀土離子有效吸收的紅外光作為泵浦源，實現(xiàn)可調(diào)諧固體激光輸出；該雙摻非線性激光晶體根據(jù)基波激光的自倍頻相位匹配需要進行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于所述的雙摻非線性激光晶體的兩端面鍍 紅外泵浦光、稀土離子基波光和過渡族金屬離子可調(diào)諧激光的增透膜。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于直接將對稀土離子的倍頻光高反，對過渡 族金屬離子可調(diào)諧激光高透的介質(zhì)膜鍍在所述雙摻非線性激光晶體面向波長調(diào)諧元件的 端面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用雙摻非線性激光晶體的可調(diào)諧固體激光器。本發(fā)明屬于激光晶體和器件領(lǐng)域。利用一塊摻雜稀土離子和過渡族金屬離子的雙摻非線性激光晶體GdAl3(BO3)4或LaSc3(BO3)4作為增益介質(zhì)，利用該類晶體同時具有受激發(fā)射和非線性光學(xué)性能的特性，采用能被該晶體中的稀土離子有效吸收的紅外光作為泵浦源，通過確定該晶體在基波激光波長處的自倍頻相位匹配方向，將基波激光波長經(jīng)該晶體自身倍頻后處于晶體中過渡族金屬離子的有效吸收譜帶中，過渡族金屬離子吸收該倍頻光后輸出可調(diào)諧激光。該器件由單一激光晶體與調(diào)諧元件和激光腔鏡構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性和可靠性高。
文檔編號H01S3/16GK101834403SQ200910111239
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者林炎富, 羅遵度, 陳雨金, 黃建華, 黃藝東, 龔興紅 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所