[发明专利]输出1.5‑1.6微米波段激光的固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光材料和器件领域。

背景技术

以铒离子(Er³⁺)为激活离子的固体激光器的1.5-1.6μm输出波段处于光纤通信窗口和大气传输窗口，而且该波段激光对人眼安全，因此被广泛使用在医学、军事、精密测距、精密遥感测量和光通讯等国防和民用领域。

目前1.5-1.6μm波段激光性能较好的激光晶体是Er³⁺和Yb³⁺双掺硼酸盐，如：Er:Yb:RCa₄O(BO₃)₃、Er:Yb:RAl₃(BO₃)₄、和Er:Yb:Sr₃R₂(BO₃)₄(R＝Y，Gd)晶体。在上述晶体中，Er:Yb:RCa₄O(BO₃)₃晶体在峰值976nm处的吸收半高宽仅有3～4nm，不利于InGaAs半导体激光器的泵浦；Er:Yb:RAl₃(BO₃)₄晶体只能采用周期长、成本高、难生长的熔盐法生长；Er:Yb:Sr₃R₂(BO₃)₄晶体虽然可采用周期短、成本低、易生长的提拉法生长，但Sr₃R₂(BO₃)₄基质晶体本身的热机械性能要弱于RCa₄O(BO₃)₃和RAl₃(BO₃)₄晶体，而且要实现高效率的1.5-1.6μm波段激光输出，还需在Sr₃R₂(BO₃)₄基质晶体中掺入0.1～3.0mol％的Er³⁺离子和15～50mol％的Yb³⁺离子，而Er³⁺和Yb³⁺离子的半径与基质晶体中被取代Y³⁺或Gd³⁺离子的半径差异较大，在晶体生长过程中会产生不同程度的晶格缺陷，因此，高浓度的掺杂将进一步降低晶体的光学质量和热机械性能，从而影响1.5-1.6μm波段激光的输出性能。Er³⁺离子掺杂硼酸镱锶(Sr₃Yb₂(BO₃)₄)晶体中敏化离子Yb³⁺是基质晶体本身组成之一，而不是以一种“掺杂”的形式存在于晶体中。同时，由于Er³⁺和Yb³⁺离子的半径非常接近，因此在Sr₃Yb₂(BO₃)₄晶体中掺入Er³⁺离子，可以有效地减少晶体生长过程中产生的缺陷，提高晶体的光学质量和输出激光的性能。此外，Sr₃Yb₂(BO₃)₄晶体具有非常高的Yb³⁺离子浓度，在厚度为120微米左右的Er³⁺离子掺杂Sr₃Yb₂(BO₃)₄晶体中便可有效吸收977nm波长附近的入射泵浦光，可应用于1.5-1.6μm波段的微片激光器件。

发明内容

本发明的目的是采用Er³⁺离子掺杂的硼酸镱锶晶体作为增益介质，通过控制晶体中Er³⁺离子的浓度，实现1.5-1.6μm波段激光输出。

本发明包括如下技术方案：