[发明专利]一种提高固体激光器泵浦利用效率的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高固体激光器泵浦利用效率的方法，属激光器和光电子器件领域。

背景技术

固体激光器是一类被广泛使用的固体激光器，在激光加工、激光标记、科学研究等等方面有着广泛应用。常用的固体激光材料有掺杂钇铝石榴石类、掺杂氟化铝锶锂类、掺杂钒酸钇和掺杂钨酸钾钆类等，它们吸收峰的特点是存在多个吸收峰且彼此分立。目前的激光泵浦源，除半导体激光器泵浦是针对某一吸收峰外，其余泵浦源诸如氙灯、溴钨灯、氪灯、汞灯和近些年提出的太阳光等，其光谱分布范围均比较宽，相当比例的能量分布在固体激光材料的吸收峰以外的波段，尤其在可见光短波长部分有相当比例的能量得不到有效利用，由于这部分能量转化为热，对固体激光器的散热提出了更高要求。

半导体量子点是一种尺寸在几个纳米的颗粒材料，制备方法也比较成熟，如利用高温熔融退火法直接在硅酸盐玻璃、氟化物玻璃中生长量子点，也可以用化学法产生分散于胶体中的量子点，再将这些量子点掺入有机光学材料，如UV胶、PMMA等，制成掺有量子点的固态材料。比如颗粒半径为2.1nm的CdSe半导体纳米晶，其对波长短于600nm的光均具有较强的吸收，而在610nm的波段处有发射峰。半导体纳米晶的还有一大特点，可以通过制备不同颗粒半径的量子点，使其发射峰移至指定波长位置处，其吸收峰也相应的移动，这样可以针对固体激光器的吸收峰的位置而定制半导体量子点尺寸。

发明内容

本发明要克服现有固体激光器泵浦效率低下的缺点，提供一种提高固体激光器泵浦利用效率的方法及其产品，且无需对激光器结构做大的调整。

本发明所述的提高固体激光器泵浦利用效率的方法，包括如下步骤：

步骤1，制备掺有半导体量子点的波长转换材料，所述波长转换材料吸收固体激光器泵浦光的短波长部分的光并将其转换为激光材料吸收峰处的光，使得原本不在激光材料吸收峰范围内的光被激光材料吸收；

步骤2，在所述的固体激光材料和泵浦光源之间放置所述的波长转换材料，所述的波长转换材料的放置位置在激发光传输到所述的固体激光材料前的路径上。

进一步，所述的步骤1采用熔融法直接在硅酸盐玻璃或者硼酸盐玻璃中产生量子点；合理控制制备条件，使得产生的量子点具有适当的尺寸，所述的量子点发射峰处于固体激光材料的吸收峰处，所述的量子点就会把处于量子点吸收光谱内的光，转化为可以被固体激光材料吸收的光，从而为固体激光材料提供泵浦能量。

或者，所述的步骤1包括：

(1)采用化学法产生分散于胶体的量子点，合理控制制备条件，使得产生的量子点具有适当的尺寸，所述的量子点发射峰处于固体激光材料的吸收峰处，所述的量子点就会把处于量子点吸收光谱内的光，转化为可以被固体激光材料吸收的光，从而为固体激光材料提供泵浦能量；

(2)再将这些量子点掺入透明光学基质材料混合，制成掺有量子点的固态材料。

再进一步，所述的固体激光材料为掺杂钇铝石榴石类、掺杂氟化铝锶锂类、掺杂钒酸钇或掺杂钨酸钾钆类；所述的波长转换材料的基质材料为二氧化硅玻璃、硅酸盐玻璃、氟化物玻璃、光学紫外胶、PMMA或者PS；所述的波长转换材料中所掺杂量子点为：CdSe或CdS或核壳结构的CdSe-ZnSe或CdSe-ZnS或CdS-ZnS；所述的波长转换材料内掺杂的量子点直径在1～10nm。

采用本发明所述的方法的高效固体激光器泵浦，包括固体激光材料和泵浦光源，其特征在于：在所述的固体激光材料和泵浦光源之间放置一种掺有半导体量子点的波长转换材料，所述的波长转换材料吸收泵浦光源的短波长部分的光并将其转换为所述的固体激光材料吸收峰处的光，所述的波长转换材料的放置位置在激发光传输到所述的固体激光材料前的路径上。

进一步，激光泵浦方式为端面泵浦，波长转换材料的形状是片状。

进一步，激光泵浦方式为在通过聚光腔的侧面泵浦，波长转换材料的形状是与聚光腔相似形状的筒状。

再进一步，所述的激光泵浦源可以是氙灯、溴钨灯、氪灯或者太阳光之一，或其组合。

本发明通过在固体激光材料和泵浦光源之间放置一种掺有半导体量子点的波长转换材料，这种波长吸收固体激光器泵浦光的短波长部分的光并将其转换为激光材料吸收峰处的光，使得原本不在激光材料吸收峰范围内的光被激光材料吸收。本发明提高固体激光器泵浦利用效率的方法，可用于氙灯或太阳光泵浦的激光器，既可用于端面泵浦的激光器，也可用于侧面泵浦的激光器，具有无需对激光器结构做大的调整、方法简单等优点。

发明的原理如下：