摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器的製作方法

2023-07-16 22:44:01

專利名稱：摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，屬於雷射器件技術領域。
背景技術：
可見波長雷射在全色顯示、醫療、印刷、娛樂和科學研究等方面有廣泛的應用。目前人們獲得綠光的辦法是採用NcP+對應的4F3,2—4F11/2四能級結構躍遷產生譜線得到 1.06pm的雷射輸出，採用倍頻晶體KTP或LBO對產生的1.06^m雷射進行調製獲得倍 頻0.53nm綠光輸出。在中小功率的綠光輸出中，通常採用Nd:YV04+KTP的方式來產 生，即Nd:YV04和KTP晶體通過光膠的辦法結合到一起，在膠合的晶體鍍上膜，使之 成為雷射振蕩的腔鏡。這種辦法獲得綠光的效率較高，已經實現了商業化，但是Nd:YV04 和KTP晶體的膠合一直限制了雷射器的成本和工藝的簡化。這種包含雷射工作物質和倍 頻材料兩種晶體的雷射器,結構比較複雜。最理想的獲得雷射的方式就是晶體本身既是激 光晶體，又具有非線性的功能，當晶體的切割方向沿位相匹配的方向切割時，就可以獲 得自倍頻雷射輸出。從原理上講，自倍頻雷射器結構簡單，成本低。多年來,人們一直在 探索自倍頻晶體，希望能獲得應用。例如人們首先實現自倍頻綠光輸出的晶體是 Nd:MgO:LiNb03。但是LiNb03晶體的泵浦閾值高，自倍頻效率很低並且具有光折變效應， 不能獲得實際應用。NYAB[NdxY^Al3(B03)4]曾經被認為是最有希望的實現綠光摻Nd的 自倍頻晶體,用LD泵浦NYAB晶體可獲得225mW的綠光輸出,光光轉換效率為14% 。但 是由於YAB(YAl(B03)4)和NAB(NdAl(B03)4)的晶體結構不同，造成NYAB晶體的光學均 勻性較差，使生長高質量的NYAB晶體很困難，不能滿足商品化的要求。由於 Nd:Mg:LiNb03和NYAB晶體的這些致命缺陷，阻礙了這兩種雷射自倍頻晶體走向實用。 新型雷射自倍頻晶體Nd:YCOB[Nd;YCa40(B03)3]和Nd:GdCOB[Nd;GdCa40(B03)3〗一類 晶體的出現給雷射自倍頻晶體的研究和實用化帶來新的希望。由於Nd:YCOB等晶體可 以用提拉法生長，較容易得到大尺寸、高質量的單晶。用鈦寶石雷射器泵浦Nd:GdCOB 晶體的自倍頻綠光輸出功率為225mW;用LD (雷射二極體)泵浦Nd:GdCOB晶體的自 倍頻綠光輸出功率為114mW;用LD泵浦Nd:YCOB晶體的自倍頻綠光輸出功率為245mW. LD泵浦Nd:GdCOB晶體的平平腔雷射自倍頻綠光輸出功率為22mW,LD泵浦Nd:GdCOB 晶體微片自倍頻綠光雷射輸出為20 mW(切割方向為e二90。， p=46°)。這些結果表明 Nd:YCOB和Nd:GdCOB在小功率自倍頻方面的應用前景,並有希望獲得實際應用。發明內容針對現有技術的不足，本發明提供一種結構簡單、使用方便、穩定性好、轉換效率 高、光束質量好、製備工藝簡單、製作成本低、有利於自倍頻雷射器的應用和產業化的 摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器。本發明採用微片自倍頻的形式，即在自倍頻晶體上鍍上雷射振蕩的膜系，減少了以 前摻釹硼酸鈣氧釔晶體自倍頻輸出需要腔鏡的要求，使自倍頻雷射的實現更加簡單，從 而簡化了小功率雷射器的製備工藝，降低了製作成本，有利於自倍頻雷射器的應用和產 業化。摻釹硼酸鈣氧釔晶體簡稱Nd:YCOB晶體，按本領域慣例，本申請文件中使用上述簡稱。一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，以雷射二極體(LD)或鈦寶石激 光器為泵浦源，以Nd:YCOB晶體為雷射工作物質；將Nd:YCOB按晶體的位相匹配方向切 割成微片，將晶體微片兩端面拋光，再鍍上介質膜；以泵浦源直接端面泵浦Nd:YCOB晶 體微片端面，產生自倍頻綠光輸出。所述的Nd:YCOB晶體體具有以下通式NdxY^Ca40(B03)3， x=0.001-0.2;晶體具有非 線性效應，能夠實現自倍頻雷射輸出。所述的Nd:YCOB晶體切割時的位相匹配方向是Nd:YCOB晶體的自倍頻方向，按 Q=90°，卩=35°或9=65°， (3=36.5°方向切割。所述的Nd:YCOB晶體微片的通光面為圓形或方形，通光方向厚度為0.1-10mm。所述的Nd:YCOB晶體微片兩端面的介質膜為 一面鍍對波長為811nm光的高透(HT) 膜及波長為1061nm光和波長為530.5nm光的高反(HR)膜,另一面鍍對波長為1061nm光的 高反(HR)膜和波長為530.5nm光的高透(HT)膜。所述的自倍頻綠光波長為O. 53pm。YCOB晶體是一類具有非中心對稱的晶體，空間群為Cm, YCOB的晶胞參數 a=0.8046nm,b=1.5959nm， c=0.3517nm, p=101.19°。在晶體中，Nd離子取代Y離子，由於 價態相同，原子半徑接近，不會使YCOB晶體的晶格結構出現明顯變化。本發明的優良效果如下本發明所述的Nd:YCOB晶體容易製備，且YCOB晶體本身具有非線性效應，所使用 的器件是雷射與非線性的複合，可以直接製備結構簡單、使用方便、小型化的綠光雷射 器件及整機；產生的綠光雷射具有穩定性好、轉換效率高、光束質量好的特點。
具體實施方式
在本節結合實施例對本發明做進一步說明。實施例l: 一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，以雷射二極體(LD) 為泵浦源，以Nd:YCOB為雷射工作物質；將Nd:YCOB按晶體的位相匹配方向切割成微片，將晶體微片兩端面拋光，再鍍上介質膜；以泵浦源直接端面泵浦Nd:YCOB晶體微片端面， 產生自倍頻綠光輸出。所述的Nd:YCOB晶體體具有以下通式NdxY^Ca40(B03)3， x=0.001-0.2;晶體具有非 線性效應，能夠實現自倍頻雷射輸出。所述的Nd:YCOB晶體切割時的位相匹配方向是Nd:YCOB晶體的自倍頻方向，按 6=90°，卩=35°方向切割。所述的Nd:YCOB晶體微片的通光面為方形，通光方向厚度為0.1-10mm。所述的Nd:YCOB晶體微片兩端面的介質膜為 一面鍍對波長為811nm光的高透(HT) 膜及波長為1061nm光和波長為530.5nm光的高反(HR)膜,另一面鍍對波長為1061mn光的 高反(HR)膜和波長為530.5nm光的高透(HT)膜。所述的自倍頻綠光波長為O. 53pm。實施例2:一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，泵浦源和雷射工作物質與實施例l 相同，差別在於，所述的Nd:YCOB晶體切割時按e-65。，卩=36.5°方向切割。實施例3: —種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，雷射工作物質及切割、 鍍膜與實施例1或實施例2相同，差別在於，所述的泵浦源為用8Unm鈦寶石雷射器作為泵浦源。實施例4: 一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，泵浦源、雷射工作物質 及切割、鍍膜與實施例1或實施例2或實施例3相同，差別在於，所述的Nd:YCOB晶體微片的通光面為圓形。
權利要求
1、一種摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於，以雷射二極體(LD)或鈦寶石雷射器為泵浦源，以Nd:YCOB為雷射工作物質；將Nd:YCOB按晶體的位相匹配方向切割成微片，將晶體微片兩端面拋光，再鍍上介質膜；以泵浦源直接端面泵浦Nd:YCOB晶體微片端面，產生自倍頻綠光輸出。
2、 如權利要求l所述的摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於， 所述的Nd:YCOB晶體體具有以下通式N^Y^Ca40(B03)3, x=0.001-0.2;晶體具有非線性 效應，能夠實現自倍頻雷射輸出。
3、 如權利要求l所述的摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於， 所述的Nd:YCOB晶體切割時的位相匹配方向是Nd:YCOB晶體的自倍頻方向，按9=90°, 卩=35°或0=65°，卩=36.5°方向切割。
4、 如權利要求l所述的摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於， 所述的Nd:YCOB晶體微片的通光面為圓形或方形，通光方向厚度為0.1-10mm。
5、 如權利要求l所述的摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於， 所述的Nd:YCOB晶體微片兩端面的介質膜為 一面鍍對波長為811nm光的高透(HT)膜 及波長為1061nm光和波長為530.5nm光的高反(HR)膜,另一面鍍對波長為1061nm光的高 反(HR)膜和波長為530.5nm光的高透(HT)膜。
6、 如權利要求l所述的摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，其特徵在於， 所述的自倍頻綠光波長為O. 53pm。
全文摘要
摻釹硼酸鈣氧釔晶體微片自倍頻綠光雷射器，屬於器件領域。Nd:YCOB晶體具有非線性效應，通式為NdxY1-xCa4O(BO3)3，x＝0.001-0.2。該晶體是以YCOB作為基質，以雷射二極體(LD)或鈦寶石雷射器為泵浦源，使Nd離子產生1.06μm的雷射振蕩，再通過YCOB晶體非線性效應產生綠光輸出。用該晶體製作的微片自倍頻綠光器件具有簡單、緊湊、體積小、損耗小、穩定性好、轉換效率高、光束質量好、操作簡單、成本低等特點，可實現小型化、集成化和實用化，便於工業化的大批量生產。
文檔編號H01S3/06GK101237119SQ200810014049
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者張懷金, 王繼揚, 蔣民華 申請人:山東大學