专利名称：铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体可调谐激光器，特别是一种铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，该可调谐激光器可广泛应用于光通讯、医学、光雷达、遥感、红外高分辩率以及激光技术、基础科学等领域。
背景技术：
固体可调谐激光器的发展始于20世纪70年代末至80年代初。它具有结构紧凑、调谐范围宽、调谐方便、输出功率大、重复率高等优点。因此它一出现就打破了可调谐染料激光器一统天下的局面。特别是激光二极管泵浦技术的引入，使可调谐激光向全固化方向发展，成为当今激光高新技术领域发展的热点之一。20世纪70年代末至80年代初出现的实用型可调谐激光材料，其代表是掺钛蓝宝石(Ti:Al2O3)和掺Cr3+的氟化物晶体，调谐范围限制在1100nm波长以下。由于1500nm以上为人眼安全波段，1300～1500nm为光纤通信用波段，所以获取近红外(大于1100nm)的可调谐激光输出成为新的研究热点。
1988年，Petricevic等人在掺铬镁橄榄石(Cr4+:Mg2SiO4)中获得1167～1345nm可调谐激光输出(“Laser action in chromium-doped forsteritefor near-infrared excitationIs Cr4+the lasing ion？”，发表在Appl.Phys.Lett.，1988，53(26)2590-2592)。同一年Angert等人在掺铬钇铝石榴石(Cr4+:YAG)中获得1350～1450nm调谐激光输出(“Lasing due to impuritycolor centers in yttrium aluminum gamet crystals at wavelengths in the range1.35-1.45μm”，发表在Sov.J.Quantum Electron.，1988，18(1)73-74)。新一代可调谐激光晶体的发现，填补了固体可调谐激光在近红外波段的空白。但是该波段的掺铬钇铝石榴石激光器的高阈值、低效率激光一直制约着掺铬钇铝石榴石激光器件的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，它是中心波长为1.35μm处，可在1.1-1.6μm波长范围内调谐的可调谐激光器。
本发明的技术解决方案如下一种铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，其特征在于包括一单色激光光源，输出腔镜、凹面镜、一铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片、微通道热沉，在所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片和凹面镜之间形成聚光器，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片紧贴在所述的微通道热沉上，由所述的输出腔镜和铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片组成激光谐振腔，所述的单色光源为泵浦光源。
所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片与所述的微通道热沉之间还有一铟箔连接层。
所述的单色激光光源为钛宝石激光器或氩离子激光器，我们发现在Cr4+:YAG晶体中再掺入镱(Yb)后，，Yb3+可以作为Cr4+的敏化离子，通过吸收940nm附近强的吸收，然后将能量转移到Cr4+，可以提高Cr4+的荧光寿命，从而实现Cr4+的高效激光运转。
Yb3+，Cr4+:YAG晶体与Cr4+:YAG晶体相比，对泵浦光有更强的吸收，双掺晶体中Cr4+的荧光寿命高于100μs，而单掺Cr4+:YAG晶体的荧光寿命小于10μs。在晶体中共掺入Yb3+后，Cr4+的激光效率大大增加。
用Yb3+，Cr4+:YAG单晶体做可调谐激光工作物质，其化学分子式为Yb3xY3(1-x-z)Cr5yCa3zAl5(1-y)O(12-3z/2)，其中0.05≤x≤0.25，0.05％≤y≤1％，0.05≤z≤3％，可由提拉法、坩埚下降法、温度梯度法等晶体生长方法生长。本发明激光器用940nm的光源作为泵浦源，可以产生中心波长在1.35μm并可在1.1-1.6μm波长范围内调谐。这种940nm的光源可以是钛宝石激光器，也可以是InGaAs激光二极管。
图1为采用Yb3+，Cr4+:YAG晶体的可调谐激光器的结构示意图。
具体实施例方式
先请参阅图1，图1为本发明Yb3+，Cr4+:YAG晶体的可调谐激光器的结构示意图。由图可见，本发明铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，由一单色激光光源5、输出腔镜1、凹面镜2、一铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3和微通道热沉4构成，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3紧贴在所述的微通道热沉4上，在所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3和凹面镜2之间形成聚光器，由所述的输出腔镜1和铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3组成激光谐振腔，所述的单色光源5为泵浦光源。
所述的单色光源5为钛宝石激光器或氩离子激光器或InGaAs激光二极管，使之照射到所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3上，保证该晶体薄片3的光吸收。所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3与所述的微通道热沉4之间还有一铟箔连接层，以保证散热良好。谐振腔由输出腔镜1和晶体薄片3组成，激光束在谐振腔中经过放大后，通过输出腔镜1，射出激光器外。
具体实施方式
实施例1.
所述的单色光源5采用940nm的钛宝石激光器，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3的晶体为Yb3xY3(1-x-z)Cr5yCa3zAl5(1-y)O(12-3z/2)(x＝0.1，y＝0.4％，z＝0.8％)晶体。实验装置如图1所示。图中1为输出腔镜；2是凹面镜；3是Yb，Cr4+:YAG晶体薄片；4是热沉；5是钛宝石激光器入射光。在晶体3的输入面镀1350nm和940nm的增透膜，在另一面镀1350nm和940nm的全反膜，输出腔镜1是对1030nm透过率为9％的平凹镜。腔长为150mm。热沉的循环水温度为5℃。
实施例2.
所述的单激光源5采用940nm的InGaAs激光二极管，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片3的晶体为Yb3xY3(1-x-z)Cr5yCa3zAl5(1-y)O(12-3z/2)(x＝0.05，y＝0.3％，z＝0.6％)晶体。实验装置如图1所示。图中1为输出腔镜；2是凹面镜；3是Yb，Cr4+:YAG晶体薄片；4是热沉；5是InGaAs激光二极管入射光。在晶体的输入面镀1350nm和940nm的增透膜，在另一面镀1350nm和940nm的全反膜，输出腔镜是对1030nm透过率为6％的平凹镜。腔长为120mm。热沉的循环水温度为10℃。
实验表明，本发明激光器用940nm的光源作为泵浦源，可以产生中心波长为1.35μm并可在1.1-1.6μm波长范围内调谐。
权利要求
1.一种铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，其特征在于由一单色光源(5)、输出腔镜1、凹面镜2、一铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片(3)和微通道热沉(4)组成，在所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片(3)和凹面镜(2)之间形成聚光器，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片(3)紧贴在所述的微通道热沉(4)上，由所述的输出腔镜(1)和铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片(3)组成激光谐振腔，所述的单色光源(5)为泵浦光源。
2.根据权利要求1所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，其特征在于所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片(3)与所述的微通道热沉(4)之间还有一铟箔连接层。
3.根据权利要求1所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，其特征在于所述的单色光源(5)为钛宝石激光器，或氩离子激光器，或InGaAs激光二极管。
全文摘要
一种铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器，由单色激光光源、输出腔镜、凹面镜、一铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片和微通道热沉组成，在所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片和凹面镜之间形成聚光器，所述的铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片紧贴在所述的微通道热沉上，由所述的输出腔镜和铬镱共掺钇铝石榴石晶体薄片组成激光谐振腔，所述的单色光源为泵浦光源，本发明激光器用940nm的光源作为泵浦源，可以产生中心波长为1.35μm并可在1.1－1.6μm波长范围内调谐。
文档编号H01S3/0941GK1845397SQ20061002564
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者徐晓东, 徐军, 赵志伟 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所