2.79μm Er,Yb:GSGG中红外激光器理论研究

稀土Er3+离子以其能级结构丰富、可产生多种辐射波长而受到广泛的研究,在4I11/2态和4I13/2态之间跃迁产生的辐射波长位于2.7～3μm范围内,中心波长2.79μm的激光由于其波长的特殊性,此类激光器在医疗、非线性光学以及军事等方面具有重要的应用价值。选择Er,Yb:GSGG作为产生2.79μm激光的增益介质,通过一组联立速率方程组可以精确地描述其激光特性,在Er3+-Yb3+能级跃迁结构图的基础上,构建了该能级跃迁速率方程理论模型,为研究光场与物质原子体系相互作用提供了有效的方法,且因其简单直观而广泛应用于激光器特性研究中。最后,在此模型基础上进行了一定的数值模拟。     

被动Q调制Er:Cr:YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长，掺铒固体激光器（Er：Cr：YSGG激光器：λ=2．79μm；Er：YAG激光器：λ=2．94μm）得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体，实现了Er：Cr：YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J，最短脉冲宽度将近300ns，单脉冲运转能量可达20．3mJ。     

被动Q调制Er∶Cr∶YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长,掺铒固体激光器(Er∶Cr∶YSGG激光器:λ=2.79μm;Er∶YAG激光器:λ=2.94μm)得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体,实现了Er∶Cr∶YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J,最短脉冲宽度将近300ns,单脉冲运转能量可达20.3mJ。实验中所用的耦合输出镜均采用的是平-平的介质膜镜片,在2.79μm处的透射率为28%,全反镜是平-凹镀金镜片,曲率半径为2m,采用闪光灯抽运,脉冲宽度为150μs,激光工作频率为1Hz,激光增益介质为直径4mm,长度110mm的Er∶Cr…     

2.79μm电光调Q Cr,Er:YSGG激光器北大核心CSCD

采用Cr, Er∶YSGG晶体作为激光增益介质,脉冲氙灯进行泵浦结合电光调Q技术,研制了2.79μm波段固体激光器。Cr, Er∶YSGG晶体中Cr^(3+)掺杂浓度为2 at.%,Er^(3+)离子掺杂浓度为30 at.%。电光晶体选用La_(3)Ga_(5)SIO_(14)(LGS)晶体作为退压调Q工作物质。分析讨论了Cr, Er∶YSGG晶体能级结构以及两种不同Cr^(3+)掺杂浓度对晶体激光性能的影响,谐振腔中输出镜透过率分别为T=70%、T=83%以及T=91%时单脉冲能量及斜效率的变化,并且利用软件模拟分析了晶体内的温度分布以及热透镜焦距随泵浦功率变化情况。结果表明,选用Cr^(3)掺杂浓度为2 at.%的Cr, Er∶YSGG晶体作为工作物质以及透过率为91%的蓝宝石作输出镜时能获得更高的输出能量及更好的光斑模式。当脉冲氙灯注入总能量为259 J,调Q延时设置为180μs,重复频率为5 Hz时,实现了最大单脉冲能量119 mJ的2.79μm激光的稳定输出,在此能量条件下测得脉冲宽度为68.65 ns,平均功率为0.595 W,斜率效率为0.11%。     

2.79μm Cr,Er:YSGG固体激光器发展现状

2.79 μm激光器在医疗、非线性光学、军事等方面具有重要的应用价值,介绍了Cr,Er:YSGG晶体的物理、化学及激光特性,重点分析了2.79 μm Cr,Er:YSGG固体激光器的发展现状,以及存在的主要问题,阐述了其可能的发展前景。Cr,Er:YSGG激光器可以使用脉冲闪光灯或激光二极管泵浦,并使用电光、声光、被动调Q等方法调Q输出高峰值功率2.79 μm激光,二极管泵浦时激光器可以连续输出。Cr,Er:YSGG晶体的热导率低,泵浦过程中热透镜效应严重,因此,激光器不适合高重复频率工作,输出功率受到一定的限制。实现稳定可靠的2.79 μm调Q巨脉冲激光输出需要解决的关键技术是获得对2.79 μm激光吸收系数小,破坏阈值高的Q开关材料。     

100 Hz LiNbO3声光调Q 2.79μm激光器的脉冲输出特性

对闪光灯泵浦的2.79μm Er,Cr∶YSGG激光器在高重复频率下的声光调Q输出特性进行了研究。当射频驱动功率为30 W时,LiNbO₃声光开关实现了最大的衍射效率和稳定的调Q特性。当重复频率为100 Hz时,实验研究了不同反射率下LiNbO₃声光调Q Er,Cr∶YSGG激光器的输出特性,采用平凸谐振腔补偿增益介质中的热透镜效应,明显改善了Er,Cr∶YSGG激光器的调Q输出性能,在平凸腔中能够得到最大的脉冲能量和最短的脉冲宽度。与平平腔相比,平凸腔将激光器的输出能量提高了1.5倍。当重复频率为100 Hz时,激光系统输出的脉冲能量的最大值为4.36 mJ,脉冲宽度的最小值为76.8 ns。     

Lu3Al5O12:Er毫秒激光器

报道了在Lu3Al5O12:Er晶体激光器中，获得亳秒脉宽的铒离子自饱和跃迁4I11/2-4I13/2的激光辐射。表明激光器的这种工作状态与铒离子低工作能级的有效泵浦有关。     

2.794μm高重复频率Fe2+:ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低，在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe²⁺∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明，具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度，且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度，脉冲宽度与晶体棒直径无关，实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出，激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出，脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。     

高重频LD泵浦Er∶YSGG固体激光器

2.7~3.0 μm 激光器在医疗、军事等方面具有重要的应用价值,本文简单分析了Er∶YSGG晶体的能级结构以及激光特性,重点描述了采用968 nm LD泵浦Er∶YSGG晶体产生2.79 μm激光,在500 Hz的泵浦频率下获得最高功率14.3 W的2.79 μm激光输出,光光转换效率达到7.1 %,斜效率达到11 %,同时采用二氧化碲(TeO2)作为Q开关,实现10 W的脉冲输出,动静比达到70 %,脉冲宽度63.18 ns,这对于2.79 μm激光在中长波激光器中的应用具有重要意义。     

在2.84～3.05μm波段连续调谐的YSGG：Cr^3＋,Yb^3＋,Ho^3＋晶体激光器

文献[1]报导了3μm波段激光工作物质──YSGG：Cr3＋、Yb3+、Ho3+晶体的研究结果。在这种物质中Cr3+→Yb3+→Ho3+传能方式比Cr3+→Ho3+高。这种物质中的呼5I6—5I7激光跃迁是自终止的，激光器只以脉冲方式工作。本文研究了YSGG：Cr3+、Yb3+、Ho3+晶体激光器在有色散元件的谐振腔中的工作，它能够连续调谐输出辐射的波长。实验中使明了由YSGG：Cr3+、Yb3+、Ho3+制成的直径4mm、长度55mm的平行端面末镀膜的激光元件。晶体放在尺寸为28×30×50mm的石英椭圆聚光器中，用I！HIJ－5／45型灯泵浦。储能电容器的电容为2O0UF系统用0．…     

半导体激光泵浦的3 μm掺铒固体激光研究进展

3μm激光在国防安全、生物医疗、光谱分析等领域具有广阔的应用前景。与非线性频率变换、半导体激光技术相比,利用掺Er的激光增益介质产生3μm激光是一种比较直接、高效的方法。随着3μm掺Er激光器在输出功率和效率方面的突破,半导体激光泵浦的3μm掺铒固体激光已成为热点研究方向。回顾了不同基质材料掺杂Er离子产生3μm激光的输出特性和研究进展;从铒离子能级结构出发,分析了铒离子间的能量传递上转换、激发态吸收等跃迁过程对3μm激光输出性能的影响,并对3μm稀土离子掺杂固体激光器的功率提升潜力和发展前景进行了展望。     

激光二极管抽运Er,Yb:Ca_4YO(BO_3)_3晶体实现1553nm激光输出

波长为1.55μm附近的激光,对人的眼睛是安全的,在光通讯上有重要应用。晶体中Er3 离子通过4I13/2→4I15/2跃迁可以产生该波长的激光。但Er3 对1.55μm波长激光有较强吸收,而对InGaAs和AlGaAs激光二极管(LD)的激光则吸收很弱,因此用LD抽运Er3 掺杂晶体输出1.55μm激光几乎是不可能的。但是若双掺Er3 ,Yb3 ,则可解决这个问题[1]。我们在研究Yb:Ca4YO(BO3)3(简称Yb:YCOB)晶体及其激光器[2]的基础上,制备了Er,Yb:YCOB晶体,测量了其光谱与激光特性,实现了1553nm激光输出。主要结果为:(1)以所合成的Ca4Er0.02Yb0.20Y0.78O(BO3)3…     

Er:YAG ~4I_(11/2)-~4I_(13/2)激光跃迁的动力学过程研究

Er:YAG中Er~(3+)离子的~41_(11/2)—~4I_(13/2)跃迁产生的受激辐射振荡能发射2.938μm激光,它能被生物细胞组织中的水有效地吸收,因而这种激光可发展成很理想的医用激光器。对Er~(3+)的~4I_(111/2)—~4I_(3/2)跃迁形成的激光振荡过程的动力学问题进行研究,将有助于提高Er:YAG晶体的生长技术和质量,改善Er:YAG激光器的性能。     

中波2.79μm Er,Cr: YSGG激光器的泵浦模式研究综述

中波2.79μm波段的激光在生物医学、非线性光学以及军事等领域有着广泛的实用前景和发展空间。目前用于获得中波2.79μm波段激光的增益介质主要为Er:YSGG或Er, Cr:YSGG等激光晶体,由于基质YSGG热导率低,致使激光器在运行时产生的热效应比较严重,因此,开展其泵浦技术研究有重要的实际意义。针对Er, Cr:YSGG晶体的泵浦技术开展了详细的分析和讨论,并结合近年来新出现的泵浦模式,对下一步的技术发展进行了分析和展望。     

高功率2.97μm中红外被动调Q掺钬ZBLAN光纤激光器

<正>中红外调Q脉冲光纤激光器在光电对抗、激光微创手术、工业加工和非线性波长变换等领域有着重要的应用前景,已引起了国内外研究者的高度关注。2012年开始,美国亚利桑那大学的Zhu等报道了利用Fe3+…ZnSe晶体和石墨烯作为可饱和吸收体被动调Q掺Er3+ZBLAN光纤激光器和被动调Q掺Ho3+ZBLAN光纤激光器,所实现的最长波长为2.93μm,最高脉冲能量为2.0μJ。近年来,我国在2μm波段脉     

Er:GSGG 晶体的光谱性质分析及激光特性模拟研究

测试和分析了Er:GSGG的吸收光谱和荧光光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了Er3+的强度参数、自发辐射跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和吸收截面。结果表明,Er3+在4I13/2和4I11/2能级有较长的能级寿命,在966nm和790nm处有较大的吸收截面,在2.79µm处有较大的积分发射截面值,数值模拟了在966nm泵浦下激光输出特性,在泵浦速率达到一定值时,有较高的量子效率。结果表明Er:GSGG有望成为2.79µm波段的理想激光晶体。     

LD泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器实验研究

1.5 m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是目前军事激光测距的研究热门,获得较高的激光单脉冲能量尤为重要。对以波长为940 nm的二极管激光器作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为调Q晶体的微型化激光器进行了实验研究。为获得LD抽运铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器的最佳能量输出条件,分析了影响LD泵浦被动调Q激光器输出单脉冲能量的因素,并对影响被动调Q微型激光器输出能量的泵浦条件,增益介质长度,输出镜反射率等参数进行了多组实验优化,最终获得了波长1.535 m,单脉冲能量113 J,脉宽6 ns,重复频率10 Hz,光束质量为1.2的稳定人眼安全激光输出。     

用高破坏阈值半导体可饱和吸收镜进行Yb∶YAB激光器锁模的研究

掺Yb3+介质作为1μm波段全固态超短激光脉冲发射最有前途的激光介质受到普遍关注。与掺Nd3+介质相比它具有更宽的发射谱线,因此更容易实现1μm附近宽调谐激光运转以及超短脉冲的产生;而它的吸收波长与InGaAs二极管激光器相匹配,可用于研制紧凑廉价的半导体激光抽运全固态激光器。此外,掺Yb3+介质能级结构简单,避免了激发态吸收、浓度猝灭和上转换等不必要的激光损耗。当然,掺Yb3+介质也有一定的缺点,例如其上能级寿命比较长,在利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模时很容易产生调Q或者调Q锁模。由山东大学研制的Yb∶YAB晶体除了具…     

1.319μm激光应用及研究进展

介绍了1．319μm激光在众多领域的重要应用,较详细论述了Nd^3＋：YAG激光器产生1．319μm波长激光的方法及研究进展,并计算了灯泵脉冲电光调Q的Nd^3＋：YAG激光器输出镜对1．319μm波长激光的最佳透过率．为腔镜镀膜提供理论参考．     

双调Q复合腔Nd：YAG—Cr^4＋：YAG激光器的研究

报道一种有实用价值的、构思新颖的双调Q，双波长输出的Nd：YAG-Cr^2 ：YAG激光器。在由两个平凹腔耦合而成的复合腔中，Cr^2 ：YAG晶体既作为可饱和吸收体对Nd：YAG发射的1．06gm激光被动调Q，又作为增益介质在1．06μm激光脉冲作用下发射中心波长1．44μm的激光脉冲。该激光器实现了1．06μm激光被动调Q和1．44μm激光增益调Q的双波长激光振荡．输出的1.06μm和1．44μm激光脉冲的能量和脉冲宽度分别为18mJ，52ns和0．25mJ，19ns；后者的脉冲宽度约为前者的三分之一。理论上，根据Cr^2 ：YAG的能级结构和复合腔特点，分析了双调Q的工作机理；从速率方程出发导出双调Q复合腔激光器输出的1．44μm激光脉冲宽度和腔内1．06μm激光功率的关系。1．44μm激光脉冲时间宽度的理论计算值(21．7ns)与实验结果(19ns)基本相符。