1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 同济大学高等研究院物理科学与工程学院，上海 200092
4 江苏省先进激光材料与器件国际合作联合实验室，江苏 徐州 221116
单晶光纤（SCF）具有长径比高、比表面积大、散热好等优势，近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法，模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7 μm激光二极管（LD）作为泵浦源进行共振泵浦，将模式匹配和泵浦光导波传输结构相结合，实现了Tm∶YAG SCF连续激光运转，在~2.02 μm处获得了7.85 W的功率输出，对应入射泵浦功率的斜效率为46.3%。
激光器 固体激光器 共振泵浦 Tm∶YAG单晶光纤 泵浦导波
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 同济大学高等研究院物理科学与工程学院，上海 200092
钙钛矿结构的新型Tm∶GdScO3晶体具有平坦且宽带（>450 nm）的增益光谱，可以产生2 μm波段少周期激光脉冲。然而，目前该晶体的锁模激光特性，尤其是其各向异性的超短脉冲输出特性尚未明朗。采用b切的Tm∶GdScO3晶体作为增益介质，通过共振泵浦被动锁模技术，详细研究了其E//a发光方向的飞秒脉冲输出特性，实现了60 fs激光脉冲产生（约9个光学周期），激光中心波长为2034 nm，光谱半峰全宽为80 nm，时间带宽积为0.35，接近傅里叶转换极限。该研究证明了Tm∶GdScO3晶体是实现2 μm波段少周期飞秒脉冲的理想激光材料，所获得的飞秒激光在分子超快动力学、高分辨率分子光谱学等科学研究领域极具应用潜力。
固体锁模激光器 Tm∶GdScO3晶体 超短脉冲 光学学报
2023, 43(22): 2214002
1 江苏师范大学物理与电子工程学院，徐州 221116
2 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
采用微下拉法生长了不同掺杂浓度(0.25%,0.50%,0.75%,1.00%，原子数分数)的Nd∶CaYAlO4单晶光纤。通过X射线衍射测试了单晶光纤晶体结构，结果表明晶体结构为四方晶系。测试了Nd∶CaYAlO4单晶光纤的室温偏振吸收和荧光光谱，测试样品在807 nm附近有很强的吸收。其中，1.00%Nd∶CaYAlO4的吸收最强，在σ偏振方向的吸收系数为4.20 cm-1，π偏振方向的吸收系数为4.06 cm-1。1.00%Nd∶CaYAlO4单晶光纤最强发射峰在σ和π偏振下都位于1 080 nm，σ偏振方向的发射带宽为17.7 nm，π偏振方向的发射带宽为17.8 nm。0.25%、0.50%、0.75%、1.00%掺杂浓度的Nd∶CaYAlO4单晶光纤4F3/2能级的荧光寿命分别为129、133、135和140 μs，未观察到浓度猝灭。结果表明Nd∶CaYAlO4单晶光纤是有潜力的超快激光增益介质。
微下拉法 单晶光纤 晶体生长 光谱性能 micro-pulling-down method crystal fiber Nd∶CaYAlO4 Nd∶CaYAlO4 crystal growth spectral property
1 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
2 江苏师范大学物理与电子工程学院,徐州 221116
3 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201899
4 连城凯科斯科技有限公司，无锡 214000
采用多孔坩埚温度梯度法生长了0.6%Pr∶CaxSr1-xF2 (x=0， 0.3, 0.5, 0.7, 1.0)和0.6%Pr,5%R∶Ca0.5Sr0.5F2(R=Y, Lu, Gd)系列碱土氟化物激光晶体，对其晶体结构、吸收和可见波段的荧光光谱及荧光衰减寿命进行了系统研究。通过吸收截面、发射截面、荧光寿命、荧光半峰全宽等光谱参数分析发现，0.6%Pr,5%Y∶Ca0.5Sr0.5F2混晶与其他掺杂混晶相比，具有最佳的光谱效果，443 nm处吸收截面和640 nm处红光发射截面分别为1.63×10-20和3.39×10-20 cm2，相应荧光半峰全宽和荧光寿命分别为4.50 nm和42.8 μs,光谱参数与0.6%Pr∶CaxSr1-xF2 (x=0, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0)混晶相比有显著的提升。结果表明，0.6%Pr,5%Y∶Ca0.5Sr0.5F2晶体具有极大的潜力作为新型Pr3+掺杂宽带激光材料的增益介质。
激光晶体 碱土氟化物 Pr3+掺杂 可见激光 发光性能 laser crystal alkaline earth fluoride Pr3+ doping visible laser luminescence property
1 西安电子科技大学光电工程学院，陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学前沿交叉研究院，陕西 西安 710071
3 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京 100190
4 江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏 徐州 221116
半导体激光器泵浦的高功率飞秒激光器在工业加工和生物医学等领域中均发挥着重要的作用。一般而言，无论是被动锁模飞秒激光器还是克尔透镜锁模飞秒激光器，都需要在腔内引入一定的负色散平衡自相位调制，产生稳定的飞秒孤子。特别是随着平均功率的增加，腔内自相位调制增强，需要更多的负色散量进行平衡。常用的色散补偿器件有棱镜对、啁啾镜以及GTI（Gires-Tournois interferometer）镜等，棱镜对导致振荡器结构复杂，而啁啾镜和GTI镜的价格较为昂贵。实现了基于宽带高反镜色散补偿的高功率克尔透镜锁模运转，在泵浦功率为18 W时，利用Yb∶CYA晶体获得了平均输出功率为3.6 W、脉冲宽度为92 fs、100 min功率稳定性均方根值（RMS）为0.46%的稳定锁模脉冲，有利于进一步降低高功率飞秒激光器的成本。
激光器 超快激光 掺镱全固态激光器 克尔透镜锁模 高平均功率 飞秒激光
1 1.上海大学 材料基因组工程研究院, 上海 200444
2 2.同济大学 高等研究院, 物理科学与工程学院, 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
3 3.江苏师范大学 物理与电子工程学院, 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 徐州 221116
4 4.南京光宝光电科技有限公司, 南京 210038
氟化钙(CaF2)是一种良好的激光材料基质, 具有较宽的透过范围(0.125~10 µm)、良好的导热性(9.71 W/(m·K))和低非线性效应系数。在Pr:CaF2晶体中, [Pr3+-Pr3+]团簇导致Pr3+离子在较低浓度下出现荧光猝灭现象。在CaF2中共掺入La3+离子有可能打破[Pr3+-Pr3+]团簇。本研究通过温度梯度法(Temperature Gradient Technique, TGT), 成功地生长了一系列共掺入不同浓度La3+离子的Pr:CaF2晶体。在室温下采用X射线粉末衍射、吸收光谱、荧光光谱和荧光衰减寿命对Pr, La:CaF2晶体进行表征。Pr:CaF2晶体共掺入La3+离子后仍具有立方晶体结构。3P0→3H6(604 nm)和3P0→3F2(640 nm)处的最大受激发射截面分别为1.36×10-20和3.18×10-20 cm2, 半峰宽分别为17.0和 3.8 nm。随着La3+离子掺杂含量的增加, 3P0→3H6(604 nm)处的半峰宽从15.84增加到18.53 nm。0.6%Pr,10%La:CaF2 (原子分数)的最大荧光寿命和光谱质量因子分别为45.82 μs和145.8×10-20 cm2·μs。上述结果表明: [Pr3+-Pr3+]离子淬灭团被打破, Pr, La:CaF2晶体是潜在的激光增益材料, 可应用于橙红色激光领域。
Pr, La:CaF2 光谱性能 Judd-Ofelt理论 荧光寿命 Pr, La:CaF2 spectra property Judd-Ofelt theory fluorescence lifetime 
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
4 School of Physics Science and Engineering, Institute for Advanced Study, Tongji University, Shanghai 200092, China
We demonstrate an all-solid-state continuous-wave (CW) single-frequency tunable 1.08 µm laser, which is realized by employing a disordered laser medium Nd:CaYAlO4 (Nd:CYA) crystal. The maximal output power of single-frequency 1.08 µm laser is 1 W. By rotating the incident angle of the intracavity etalon (IE), the maximal tuning range of 183.71 GHz is achieved. After the IE is locked to the oscillating longitudinal mode of the laser, the continuous tuning range of 60.72 GHz for 1.08 µm laser is achieved by scanning the cavity length. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of a CW single-frequency widely tunable 1.08 µm laser based on Nd:CYA crystal.
all-solid state laser continuous wave continuous tuning Nd:CaYAlO4 crystal Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031403
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
2 School of Physics Science and Engineering, Institute for Advanced Study, Tongji University, Shanghai 200092, China
3 Department of Electronic Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China
4 Research & Development Center of Material and Equipment, 26th Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Chongqing 400060, China
5 School of Physics Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
A good thermo-optic property of strontium dodeca-aluminum oxide (, SRA) host material is very advantageous to the development of high-performance lasers by doping rare-earth ions for gain medium. In this work, we report on diode-end-pumped high-performance continuous-wave and passively Q-switched Nd:SRA lasers. For continuous-wave operation, a maximum output power of 6.45 W is achieved at 1049 nm with a slope efficiency of about 41.6%. Using a (YAG) etalon, we have firstly achieved a 1066 nm laser with a maximum output power of 4.15 W and a slope efficiency of about 27%, to the best of our knowledge. For passively Q-switched operation, with as a saturable absorber, a maximum average output power of 1.82 W was achieved with the shortest pulse width of 18.2 ns at pulse repetition rate of 22.9 kHz. The single-pulse energy and pulse peak power were 79.4 μJ and 4.3 kW. This work has further verified that the Nd:SRA crystal is very promising for high-performance laser generation.
diode pump Nd:SRA crystal continuous-wave operation passively Q-switched operation Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031401
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 江苏师范大学 物理与电子工程学院,江苏 徐州 221116
采用水平定向结晶(HDC)法成功生长出160 mm×80 mm×20 mm的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体, 并对其头部、中部、尾部取样进行了系统测试分析。结果表明, 晶体结晶质量良好, 不同位置晶片的Yb3+掺杂浓度、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命等指标具有良好的均一性, 并与提拉法生长的低浓度Yb∶YAG晶体处于相似水平, 在935 nm处吸收截面为1.2×10-20cm2, 在1 024 nm处发射截面达到峰值(3.2×10-20cm2), 荧光寿命可达1.08 ms, 水平定向结晶法生长的晶体无核心、侧心优势, 对制作大尺寸板条状激光晶体有巨大的应用前景。
水平定向结晶 激光晶体 光谱分析 horizontal direct crystallization Yb∶YAG Yb∶YAG laser crystal spectral analysis
1 江苏师范大学物理与电子工程学院，徐州 221116
2 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
3 中国电子科技集团第二十六研究所，重庆 400060
采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系，晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y3ScAl4O12最大声子能量为766 cm-1。Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近，非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下，最强发射带位于618 nm处， 对应于Sm3+的4G5/2→ 6H7/2能级跃迁， 测得Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12上能级4G5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。
单晶光纤 微下拉法 晶体生长 可见激光 光谱性能 Sm∶YAG Sm∶YAG Sm∶Y3ScAl4O12 Sm∶Y3ScAl4O12 single crystal fiber micro-pulling-down method crystal growth visible laser spectral property
