用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器的製作方法

2023-05-31 07:43:51 2

專利名稱：用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器的製作方法
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，屬於雷射技術領域，特別是涉及雷射器件中的全固態自倍頻雷射器的設計。
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，倍頻是雷射技術中經常用到的一種改變雷射束輸出波長的方法。它通常採用一塊專門的非線性光學晶體，置於雷射束前面來改變雷射束輸出波長。將雷射振蕩與倍頻作用兩種技術集中在同一塊晶體上，獲得自倍頻雷射輸出，是科學家們長期以來追求的目標。
六十年代Johnson等人在摻Tm3+的LiNbO3同一塊晶體上，實現了1853nm到927nm的自倍頻雷射輸出，但轉換效率只達到10-6數量級(L.F.Johnsonand A.A.Ballman，J.Appl.Phys.，40(1969)297)。1989年羅遵度等人研究出高轉換效率的Nd3+YAl3(BO3)4(簡稱NYAB)晶體，獲得532nm的綠色自倍頻雷射(Luo Zundu(羅遵度)，Jiang Aidong(江愛棟)，Huang Yichuan(黃亦川)，Qiu Minwang(邱閩旺)，Chinese Phys.Lett.，6(1989)440)。但由於晶體自身缺陷引起的晶體質量問題，至今無實際應用。
GdAl3(BO3)4(簡稱GAB)是一種非線性光學晶體材料，它屬於三方晶系，具有R32空間群結構(A.A.Ballman，Am.Mineral，47(1962)1380)，其性質類似於YAl3(BO3)4(簡稱YAB)。摻釹的GdAl3(BO3)4晶體可作為一種自倍頻雷射晶體材料，獲得1060→530nm的綠色自倍頻雷射輸出，雷射輸出能量為1.55mJ(邱閩旺等，量子學報，17(2000)3，231～236)。但迄今為止，尚未有以採用自倍頻方式來獲得藍色雷射的雷射器的報導。
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其目的就在於研製一種高轉換效率的採用LD泵浦的，以摻釹的GdAl3(BO3)4晶體為工作物質的，能產生自倍頻藍色雷射輸出的全固態自倍頻小型雷射器。
全固態自倍頻雷射器主要由工作物質、泵浦源和光學諧振腔三部分組成，此外，還包括聚光腔和雷射電源等其它一些輔助器件。其中工作物質是整個自倍頻雷射器的基礎，依靠它的激活離子產生雷射，依靠它的基質晶體實現自倍頻。而泵浦源主要起提供激勵能量的作用，光學諧振腔用於放大雷射輸出能量。可以說要製造出一臺自倍頻雷射器，首先要找到可產生相應輸出波長的自倍頻雷射晶體，它是整個雷射器的關鍵所在，而雷射器的其它部件只是依據工作物質的性質加以匹配。
摻釹的硼酸釓鋁晶體(Nd3+GdAl3(BO3)4，簡稱NGAB)，是近期研製成功的一種新型的自倍頻雷射晶體材料，它屬於三方晶系，空間群為R32，Nd3+作為摻雜離子，取代Gd3+的格位，其濃度為1at％～20at％之間。它的性質非常類似於Nd3+YAl3(BO3)4晶體。它作為自倍頻雷射晶體，可產生530nm的綠色雷射輸出已有報導。我們在研究其光譜性質的過程中，發現它在880nm處的發射躍遷截面σem為0.86×10-19cm2，而Nd3+YAl3(BO3)4晶體在1060nm處的發射躍遷截面σem為1.0×10-19cm2，兩者極為相近，而NGAB和NYAB的其餘性質都極為類似。因此Nd3+GdAl3(BO3)4晶體可作為一種新型的自倍頻藍色雷射晶體材料，獲得波長為440nm左右的藍色雷射輸出，從而獲得實際應用。
作為自倍頻雷射器的重要組成部分，泵浦源也是必不可少的。它提供能量，使晶體中的激活離子從基態躍遷到激發態，然後通過輻射躍遷，從激發態返回到終態，而發射出相應波長的雷射。本發明採用LD作為泵浦源，泵浦方式可採用側面或端面泵浦。與燈泵浦相比，LD泵浦易於用溫度調諧來改變發射波長，使其與激活離子的吸收峰值相吻合，模匹配有效和泵浦功率密度高。特別是LD泵浦在808nm波長處有很強的發射峰值，可以和NGAB晶體中的激活離子Nd3+在810nm處強的吸收峰相吻合，極大地提高了泵浦效率。LD作為固體雷射器的泵浦源，已成為今後的發展方向。
作為自倍頻雷射器的另一個重要組成部分，光學諧振腔用於使產生的雷射在其中進行振蕩，當達到一定能量時才輸出，即用於雷射能量的放大。本發明採用了雷射晶體和輸出鏡來構成諧振腔。其中NGAB晶體加工成棒狀或板條狀，在泵浦光入射方向的端面上，對泵浦光808nm鍍增透膜、對雷射振蕩波長440nm和880nm則鍍全反膜；在NGAB晶體的輸出端面上對振蕩波長440nm和880nm鍍增透膜；而輸出鏡則對波長為440nm光的透過率在5～40％之間，對880nm的光則全反。
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，在LD與雷射諧振腔之間的模匹配用一透鏡來實現，這樣可使LD泵浦光以儘可能高的效率耦合到雷射工作物質中。
採用以上設計的，用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，即可獲得波長為440nm的藍色雷射輸出。該雷射器可望在高密度數據存儲、彩色印刷、水底通訊等諸多方面得到廣泛應用。
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的，以雷射二極體端面泵浦的自倍頻藍色雷射器的結構示意圖為附圖
所示，其中(1)為LD泵浦源，(2)為聚焦透鏡，(3)為NGAB晶體，(4)為輸出鏡，(5)為藍色雷射輸出。
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，實現本發明的最好方式為雷射工作物質採用摻釹硼酸釓鋁晶體，泵浦源為雷射二極體；諧振腔由摻釹硼酸釓鋁晶體和輸出鏡組成，其中對NGAB晶體加工成棒狀或板條狀，在泵浦光入射方向的端面上，對808nm波長的光鍍增透膜、對雷射振蕩波長440nm和880nm則鍍全反膜；在NGAB晶體的輸出端面上對振蕩波長440nm和880nm鍍增透膜；而輸出鏡則對波長為440nm光的透過率在5～40％之間，對880nm的光則全反。
權利要求
1.用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，由工作物質、泵浦源、諧振腔、聚光腔和雷射電源組成，其特徵在於工作物質為摻釹硼酸釓鋁晶體，泵浦源為雷射二極體，諧振腔由晶體和輸出鏡組成。
2.如權利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其特徵在於所述的工作物質為Nd3+GdAl3(BO3)4(簡稱NGAB)晶體，該晶體屬於三方晶系，空間群為R32，摻Nd3+離子濃度為1at％～20at％之間。
3.如權利要求1或2所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其特徵在於所述的工作物質加工成棒狀或板條狀。
4.如權利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其特徵在於所述的泵浦源採用側面或端面泵浦的方式。
5.如權利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其特徵在於所述的諧振腔中的Nd3+GdAl3(BO3)4(NGAB)晶體在泵浦光入射方向的端面上，對泵浦光808nm鍍增透膜、對雷射振蕩波長440nm和880nm則鍍全反膜；在Nd3+GdAl3(BO3)4(NGAB)晶體的輸出端面上對振蕩波長440nm和880nm鍍增透膜；而輸出鏡則對波長為440nm光的透過率在5～40％之間，對880nm的光則全反。
6.如權利要求1和5所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，其特徵在於在雷射二極體與雷射諧振腔之間用一透鏡來實現模匹配。
7.一種權利要求1的用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器的應用，其特徵在於該雷射器應用於高密度數據存儲、彩色印刷、水底通訊等方面。
全文摘要
用摻釹硼酸釓鋁晶體製造的雷射二極體泵浦的自倍頻藍色雷射器，涉及一種用摻釹硼酸釓鋁Nd
文檔編號H01S3/10GK1455481SQ02118770
公開日2003年11月12日 申請日期2002年5月3日 優先權日2002年5月3日
發明者王國富, 林州斌, 胡祖樹, 何美雲, 邱閩旺 申請人:中國科學院福建物質結構研究所