[发明专利]掺钕硼酸钙氧钇晶体微片自倍频绿光激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺钕硼酸钙氧钇晶体微片自倍频绿光激光器，属于激光器件技术领域。

背景技术

可见波长激光在全色显示、医疗、印刷、娱乐和科学研究等方面有广泛的应用。目前人们获得绿光的办法是采用Nd³⁺对应的⁴F_3/2→⁴F_11/2四能级结构跃迁产生谱线得到1.06μm的激光输出，采用倍频晶体KTP或LBO对产生的1.06μm激光进行调制获得倍频0.53μm绿光输出。在中小功率的绿光输出中，通常采用Nd:YVO₄+KTP的方式来产生，即Nd:YVO₄和KTP晶体通过光胶的办法结合到一起，在胶合的晶体镀上膜，使之成为激光振荡的腔镜。这种办法获得绿光的效率较高，已经实现了商业化，但是Nd:YVO₄和KTP晶体的胶合一直限制了激光器的成本和工艺的简化。这种包含激光工作物质和倍频材料两种晶体的激光器，结构比较复杂。最理想的获得激光的方式就是晶体本身既是激光晶体，又具有非线性的功能，当晶体的切割方向沿位相匹配的方向切割时，就可以获得自倍频激光输出。从原理上讲，自倍频激光器结构简单，成本低。多年来，人们一直在探索自倍频晶体，希望能获得应用。例如人们首先实现自倍频绿光输出的晶体是Nd:MgO:LiNbO₃。但是LiNbO₃晶体的泵浦阈值高，自倍频效率很低并且具有光折变效应，不能获得实际应用。NYAB[Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄]曾经被认为是最有希望的实现绿光掺Nd的自倍频晶体，用LD泵浦NYAB晶体可获得225mW的绿光输出，光光转换效率为14％。但是由于YAB(YAl(BO₃)₄)和NAB(NdAl(BO₃)₄)的晶体结构不同，造成NYAB晶体的光学均匀性较差，使生长高质量的NYAB晶体很困难，不能满足商品化的要求。由于Nd:Mg:LiNbO₃和NYAB晶体的这些致命缺陷，阻碍了这两种激光自倍频晶体走向实用。新型激光自倍频晶体Nd:YCOB[Nd；YCa₄O(BO₃)₃]和Nd:GdCOB[Nd；GdCa₄O(BO₃)₃]一类晶体的出现给激光自倍频晶体的研究和实用化带来新的希望。由于Nd:YCOB等晶体可以用提拉法生长，较容易得到大尺寸、高质量的单晶。用钛宝石激光器泵浦Nd:GdCOB晶体的自倍频绿光输出功率为225mW；用LD(激光二极管)泵浦Nd:GdCOB晶体的自倍频绿光输出功率为114mW；用LD泵浦Nd:YCOB晶体的自倍频绿光输出功率为245mW.LD泵浦Nd:GdCOB晶体的平平腔激光自倍频绿光输出功率为22mW，LD泵浦Nd:GdCOB晶体微片自倍频绿光激光输出为20mW(切割方向为θ＝90°，β＝46°)。这些结果表明Nd:YCOB和Nd:GdCOB在小功率自倍频方面的应用前景，并有希望获得实际应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、使用方便、稳定性好、转换效率高、光束质量好、制备工艺简单、制作成本低、有利于自倍频激光器的应用和产业化的掺钕硼酸钙氧钇晶体微片自倍频绿光激光器。

本发明采用微片自倍频的形式，即在自倍频晶体上镀上激光振荡的膜系，减少了以前掺钕硼酸钙氧钇晶体自倍频输出需要腔镜的要求，使自倍频激光的实现更加简单，从而简化了小功率激光器的制备工艺，降低了制作成本，有利于自倍频激光器的应用和产业化。

掺钕硼酸钙氧钇晶体简称Nd:YCOB晶体，按本领域惯例，本申请文件中使用上述简称。

一种掺钕硼酸钙氧钇晶体微片自倍频绿光激光器，以激光二极管(LD)或钛宝石激光器为泵浦源，以Nd:YCOB晶体为激光工作物质；将Nd:YCOB按晶体的位相匹配方向切割成微片，将晶体微片两端面抛光，再镀上介质膜；以泵浦源直接端面泵浦Nd:YCOB晶体微片端面，产生自倍频绿光输出。

所述的Nd:YCOB晶体体具有以下通式：Nd_xY_1-xCa₄O(BO₃)₃，x＝0.001-0.2；晶体具有非线性效应，能够实现自倍频激光输出。