专利名称：一种自和频铒固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体和器件领域。
背景技术：
固体激光器具有光束质量高、运转稳定可靠、使用寿命长等优点。随着激 光技术的发展及其在信息存储、生物医学、光计算、光谱测量以及凝聚态物理 研究等领域的广泛应用，对具有不同输出波长的固体激光器的需求也越来越紧 迫。利用非线性激光晶体同时具有受激发射功能和非线性光学性能的特点，通 过自和频技术可以制造出具有紧凑、稳定可靠、易维护和小型化等优点的短波
长固体激光器。目前，在许多掺Nc^+的非线性激光晶体中利用自和频方法已经 实现了蓝绿色固体激光的输出。然而，由于受Nd"离子自身运转波长的限制， 对于某些波长的激光器，比如输出波长在600nm附近，利用自和频技术在掾Nd^ 的非线性激光晶体中是无法获得的。
目前，以E一+离子掺杂的激光晶体作为增益介质已经实现了 1.5-1.6微米波 段的基波激光运转。利用非线性激光晶体自身具有的非线性光学性能，采用976 或1480纳米附近波长的激光作为泵浦源，通过确定该晶体在不同基波激光波长 处与泵浦激光的和频相位匹配方向，可对自身基波激光和剩余的泵浦激光进行 和频，即自和频，实现580到800nm的固体激光输出。
发明内容
本发明的目的是利用自身具有非线性光学性能的E一+离子掺杂的非线性激 光晶体作为增益介质，采用能被该非线性激光晶体有效吸收的激光作为泵浦源， 通过确定该晶体在不同基波激光波长处与泵浦激光的和频相位匹配方向并设计相应的激光腔镜透过率，利用该类晶体的自和频特性，获得600纳米附近以及 更长波长的固体激光。
本发明包括如下技术方案
1. 一种自和频铒固体激光器，是由泵浦系统、激光腔镜及E一+离子掺杂的非线
性激光晶体组成，其特征在于该激光器以El^+离子掺杂的非线性激光晶体 同时作为增益基质及和频元件，非线性激光晶体的两端面沿垂直于自和频的 相位匹配方向切割，采用能被该非线性激光晶体有效吸收的激光作为泵浦
源，获得1.5-1.6微米波段的基波激光运转，再利用激光晶体自身具有的非线
性光学效应将该基波激光与剩余的泵浦激光和频，实现自和频固体激光输 出。
2. 如项1所述的激光器，其特征在于所述的非线性激光晶体为
ErxYbyRd-x.y)Al3(B03)4或ErxYbyR(Lx.y)Ca40(B03)3晶体，其中x=0.5 10mol°/0,
y=0 50mol%， R为Sc、 Y、 La、 Gd、 Lu元素中某一元素或若干元素的组 合。
3. 如项1所述的激光器，其特征在于所述的泵浦源为输出波长为976或1480 纳米附近波长的连续或脉冲激光器。
4. 如项1所述的激光器，其特征在于直接在激光晶体的两端面镀激光腔镜膜， 构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的激光器。
5. —种双波长铒固体激光器，其特征在于在项1所述的激光腔中插入1.5-1.6 微米波段处的倍频元件，同时输出自和频及腔内倍频的双波长固体激光。
6. 如项5所述的激光器，其特征在于将所述的非线性激光晶体的一个端面与 所述的倍频元件的一个端面粘贴，在非线性激光晶体的另一个端面和倍频元 件的另一个端面分别镀上输入腔镜膜和输出腔镜膜，输出双波长的固体激光。
7.如项6所述的激光器，其特征在于将所述的非线性激光晶体与倍频元件分 开。
利用本发明技术方案制造的固体激光器具有的有益效果是不仅能获得具有
600纳米附近以及更长波长的固体激光输出，而且可以使器件具有紧凑、稳定可 靠、易维护和小型化等优点。
具体实施例方式
实例1: 970nm半导体激光端面泵浦Yb"和E,离子双掺的YA13(B03)4晶体 实现自和频604nrn激光输出。
将掺杂25mol%Yb31f] 1.1mol。/。Er3+的YAl3(B03)4晶体两端面沿垂直于1600 和970nm波长处的I类和频相位匹配角e-27.ie， (|)=0°定向切割，同时确定晶体 的大小(一般为端面积在平方毫米到平方厘米，长度为几毫米的方柱或圆柱)。 然后将晶体端面抛光后置于激光腔中。输入腔镜在970nm波长处高透，604和 1600nm波长处高反(R>99%)。输出腔镜在970和1600nm波长处高反(R>99%)， 在604nrn波长处高透(T>80%)。利用970nm半导体激光端面泵浦即可得到 604nm波长的橙色固体激光。也可以将腔镜膜直接镀在非线性激光晶体的两个 端面上，以实现同样的目的。
实例2: 970nm半导体激光端面泵浦Yb"和E产离子双掺的YA13(B03)4晶体 实现自和频592nrn激光输出。
将掺杂15mol%Yb31n Umol。/。Er3+的YA13(B03)4晶体两端面沿垂直于1520 和970nm波长处的1类和频相位匹配角9=27.6°， (|)=0°定向切割。同时确定晶体 的大小(一般为端面积在平方毫米到平方厘米，长度为几毫米的方柱或圆柱)。 然后将晶体端面抛光后置于激光腔中。输入腔镜在970nm波长处高透，592和1520nrn波长处高反(R>99%)。输出腔镜在970nm波长处高反(R>98%) ， 1520nm 波长处透过率为4%，在592nm波长处高透(T>80%)。利用970nm半导体激光 端面泵浦即可得到592nm波长的橙色固体激光。也可以将腔镜膜直接镀在非线 性激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例3:976nm脉冲半导体激光端面泵浦Yb31n ErS+离子双掺的GdAl3(B03)4 晶体实现自和频606nm脉冲激光输出。
将掺杂20moP/()Yb3+和1.3moin/。Er3+的GdAl3(B03)4晶体两端面沿垂直于1600 和976nm波长处的1类和频相位匹配角6=27°， (|)=0°定向切割，同时确定晶体的 大小(一般为端面积在平方毫米到平方厘米，长度为几毫米的方柱或圆柱)。然 后将晶体端面抛光后置于激光腔中。输入腔镜在976nrn波长处高透，606和 1600nm波长处高反(R>99%)。输出腔镜在976和1600nm波长处高反(R>99%)， 在606nrn波长处高透(T>80%)。利用976nm脉冲半导体激光端面泵浦即可得 到606nm波长的脉冲橙色固体激光。也可以将腔镜膜直接镀在非线性激光晶体 的两个端面上，以实现同样的目的。
实例4: 1480nm半导体激光端面泵浦Ei^离子掺杂的YA13(B03)4晶体实现 自和频769nm激光输出。
将掺杂2.0mol% E一+的YA13(B03)4晶体两端面沿垂直于1600和1480nrn波 长处的I类和频相位匹配角9=23.8°，小=0°定向切割，同时确定晶体的大小(一 般为端面积在平方毫米到平方厘米，长度为几毫米到几厘米之间的方柱或圆 柱)。然后将晶体端面抛光后置于激光腔中。输入腔镜在1480nm波长处高透， 769和1600nm波长处高反(11>99%)。输出腔镜在1480和1600nm波长处高反 (R>99%)，在769nm波长处高透(T>80%)。利用1480nrn半导体激光端面泵浦 即可得到769nm波长的近红外固体激光。也可以将腔镜膜直接镀在该非线性激光晶体的两个端面上，以实现同样的目的。
实例5: 970nm半导体激光端面泵浦￥1)3+和Ei^离子双掺的YA13(B03)4晶体 实现自和频604nrn和倍频800nrn的双波长激光同时输出。
在实例1中非线性激光晶体和输出腔镜之间插入沿倍频1600nm激光的I类 倍频相位匹配角切割的(3-BBO晶体(e=19.9°， cp=0°)，将自和频过程后剩余的 1600nm基波激光倍频。输入腔镜在970nm波长处高透，604、 800和1600nm波 长处高反(11>99%)。输出腔镜在970和1600nm波长处高反(R>99%)，在604 和800nm波长处高透(T>80%)。利用970nrn半导体激光端面泵浦即可实现604 和800nm的双波长激光同时输出。或者，将非线性激光晶体的一个端面与倍频 晶体的一个端面粘贴，再将非线性激光晶体的另一个端面和倍频晶体的另一个 端面镀上适合970nm红外激光端面泵浦、激光谐振并输出自和频604nm和倍频 800nm激光的介质膜，利用970nm半导体激光端面泵浦也可同时输出604和 800nm的固体激光。
权利要求
1. 一种自和频铒固体激光器，是由泵浦系统、激光腔镜及Er3+离子掺杂的非线性激光晶体组成，其特征在于该激光器以Er3+离子掺杂的非线性激光晶体同时作为增益基质及和频元件，非线性激光晶体的两端面沿垂直于自和频的相位匹配方向切割，采用能被该非线性激光晶体有效吸收的激光作为泵浦源，获得1.5-1.6微米波段的基波激光运转，再利用激光晶体自身具有的非线性光学效应将该基波激光与剩余的泵浦激光和频，实现自和频固体激光输出。
2. 如权利要求1所述的激光器，其特征在于所述的非线性激光晶体为ErxYbyR("x.y)Al3(B03)4或ErxYbyR(Lx.y)Ca40(B03)3晶体，其中x=0.5 10mol%，y=0 50mol%， R为Sc、 Y、 La、 Gd、 Lu元素中某一元素或若干元素的组合。
3. 如权利要求1所述的激光器，其特征在于所述的泵浦源为输出波长为976或1480纳米附近波长的连续或脉冲激光器。
4. 如权利要求1所述的激光器，其特征在于直接在激光晶体的两端面镀激光腔镜膜，构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的激光器。
5. —种双波长铒固体激光器，其特征在于在权利要求1所述的激光腔中插入1.5-1.6微米波段处的倍频元件，同时输出自和频及腔内倍频的双波长固体激光。
6. 如权利要求5所述的激光器，其特征在于将所述的非线性激光晶体的一个端面与所述的倍频元件的一个端面粘贴，在非线性激光晶体的另一个端面和倍频元件的另一个端面分别镀上输入腔镜膜和输出腔镜膜，输出双波长的固体激光。
7. 如权利要求6所述的激光器，其特征在于将所述的非线性激光晶体与所述的倍频元件分开。
全文摘要
一种自和频铒固体激光器，属于激光晶体和器件领域。采用具有非线性光学性能的Er<sup>3+</sup>离子掺杂的非线性激光晶体作为增益介质，利用976或1480纳米附近波长的激光器作为泵浦源，通过确定该晶体在不同基波激光波长处与泵浦激光的和频相位匹配方向并设计相应的激光腔镜透过率，获得自和频580到800纳米的固体激光。本方法不仅能获得具有580到800纳米输出的固体激光器，而且可以使器件具有紧凑、稳定可靠、易维护和小型化等优点。
文档编号H01S3/109GK101499613SQ20081007057
公开日2009年8月5日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者林炎富, 罗遵度, 陈雨金, 黄艺东, 龚兴红 申请人:中国科学院福建物质结构研究所