[发明专利]铒离子激活的焦硅酸盐晶体及其1.55微米波段固体激光器件

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体和器件领域。

背景技术

利用铒离子⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁获得的1.55μm波段激光处于光纤通信和大气传输窗口，且对人眼安全，可被广泛应用于国防和民用领域。获得该波段激光的一种技术途径是采用对976nm附近波长半导体激光具有较大吸收截面的Yb³⁺作为敏化离子，通过能量传递使Er³⁺布居到⁴I_11/2能级上，然后通过⁴I_11/2→⁴I_13/2的无辐射弛豫，使激光上能级⁴I_13/2得到有效布居，最后通过⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁实现1.55μm波段的激光输出。

焦硅酸盐晶体物化性质稳定、硬度高、热性能好。铒离子在此类晶体中有较短的⁴I_11/2能级荧光寿命(约9μs)，因此泵浦能级上的大部分粒子能够通过快速的无辐射弛豫布居到激光上能级，实现1.55μm波段激光的高效运转。同时，较长的⁴I_13/2能级荧光寿命(约9ms)也有利于Er³⁺激光上能级的储能，减少由无辐射弛豫引起的晶体产热，降低激光晶体的热效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一类铒离子激活的焦硅酸盐激光晶体，并采用此类晶体作为增益介质，获得高效和高平均输出功率的1.55μm波段固体激光。

本发明包括如下技术方案：

1.一类铒离子激活的焦硅酸盐激光晶体。该类晶体的分子式为：(Er_xYb_yRe_(1-x-y))₂Si₂O₇或(Er_xYb_1-x)₂Si₂O₇，其中x＝0.002-0.02，y＝0.05-0.5，Re为Y、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合。

2.一种1.55μm波段固体激光器，由半导体激光泵浦系统、激光谐振腔和增益介质组成，其特征在于：采用如项1所述的晶体作为该激光器的增益介质；半导体激光泵浦系统包括976nm附近波长半导体激光以及放置在半导体激光和增益介质之间的光学耦合器；激光谐振腔由输入和输出镜组成；输入镜设计为在976nm附近波长透过率T≥70％，在1.55μm波段处透过率T≤1％；输出镜设计为在1.55μm波段处透过率0.5％≤T≤10％。

3.如项2所述的固体激光器，其特征在于：将输入和输出镜分别直接镀在所述的增益介质的一个或两个相对端面上。

4.一种1.55μm波段固体脉冲激光器，其特征在于：在项2所述的激光器的增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的调Q或锁模元件；也可将调Q和锁模元件同时置于激光谐振腔中。

5.如项4所述的固体激光器，其特征在于：将输入镜直接镀在所述的增益介质的输入端面上；也可将输出镜直接镀在所述的调Q或锁模元件的输出端面上。

6.一种1.55μm波段可调谐固体激光器，其特征在于：在项2所述的激光器的增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的波长调谐元件。

7.一种1.55μm波段倍频激光器，其特征在于：在项2所述的激光器的增益介质和输出镜之间插入1.55μm波段的倍频晶体，激光谐振腔输出镜设计为在1.55μm波段处透过率小于0.5％，在倍频波段处透过率大于80％；也可将输出镜直接镀在所述的倍频晶体的输出端面上。

实施本发明技术方案具有的有益效果是：以(Er_xYb_yRe_(1-x-y))₂Si₂O₇或(Er_xYb_1-x)₂Si₂O₇晶体为增益介质，能获得高输出功率和高效率的连续以及高脉冲能量、高重复频率和窄脉宽的调Q脉冲1.55μm波段固体激光。

具体实施方式