1 中国科学院福建物质结构研究所，光电材料化学与物理重点实验室，福州 350002
2 中国科学院大学物理科学学院，北京 100049
采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率分别为0.54×10-20 cm2、9.9 ms和90%；1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率则分别为0.58×10-20 cm2、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦，在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出，在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出。
人眼安全1.5 μm激光 激光晶体 Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3晶体 提拉法 光谱性能 连续激光性能 eye-safe 1.5 μm laser laser crystal Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3 crystal Czochralski method spectroscopic property continuous-wave laser performance
1 福州大学化学学院, 福建 福州 351100
2 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 351100
3 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200000
4 福建师范大学化学与材料学院, 福建 福州 351100
报道了基于a切Er,Yb∶YAl3(BO3)4晶体的被动调Q微片激光器的性能。使用波长为976 nm的光纤耦合半导体二极管作为端面抽运光源,使用初始透过率为96%的Co 2+∶MgAl2O4晶体作为可饱和吸收体,耦合输出镜在1500~1600 nm波段范围的透过率为2.5 %,整个微片激光器的腔长为2.7 mm。在注入功率为7.2 W 时,激光器成功得到了发射波长为1530 nm、重复频率为127 kHz的稳定线性偏振的脉冲输出,对应的脉冲能量和脉冲宽度分别为1.8 μJ和12 ns。
大气光学 a切Er Yb∶YAl3(BO3)4晶体; Co
2+∶ MgAl2O4晶体; 被动调Q 微片激光器 线性偏振 中国激光
2021, 48(13): 1301004
Author Affiliations
Abstract
1 Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences, Fuzhou 350002, China
2 Fuzhou University, Fuzhou 350002, China
3 Fujian Science & Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China, Fuzhou 350108, China
4 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
5 Collaborative Innovation Center for Optoelectronic Semiconductors and Efficient Device, Fuzhou 350108, China
End-pumped by a 976 nm diode laser, a high-repetition-rate microchip laser passively Q-switched by a crystal is reported. At a quasi-continuous-wave pump power of 20 W, a 1553 nm passively Q-switched laser with the repetition rate of 544 kHz, pulse duration of 8.3 ns, and pulse energy of 3.9 μJ was obtained. To the best of our knowledge, the 544 kHz is the highest reported value for the 1.5 μm passively Q-switched pulse laser. In the continuous-wave pumping experiment, the maximum repetition rate of 144 kHz with the pulse duration of 8.0 ns and pulse energy of 1.7 μJ was obtained at the incident pump power of 6.3 W.
1.5?μm microchip laser passive Q-switching Er:Yb:YAl34 crystal high-repetition-rate laser pulse Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 071402
中国科学院福建物质结构研究所中国科学院光电材料化学与物理重点实验室, 福建 福州 350002
人眼安全1550 nm 波段激光位于良好的大气传输窗口,以及室温工作的Ge和InGaAs探测器的探测灵敏区,可被广泛应用于激光雷达、激光测距和遥感测量等领域。利用激光二极管泵浦Er 3+掺杂晶体是一种直接输出1550 nm 波段紧凑型全固态激光的有效方法。本文主要综述了近年来采用Er 3+掺杂晶体作为增益介质的1550 nm波段全固态激光的研究进展,并对该波段激光的进一步发展进行了展望。
激光光学 铒激光 1550 nm波段激光 人眼安全激光 铒掺杂晶体
1 山西大学光电研究所， 量子光学与光量子器件国家重点实验室， 山西 太原 030006
2 中国科学院福建物质结构研究所， 福建 福州 350002
报道了一种基于Er3+,Yb3+∶YAl3(BO3)4晶体的1.5 μm固体激光器。为了解决由晶体严重的热效应所导致的激光器转化效率较低以及无法连续运转的问题，对控温炉设计以及抽运光源参数，如调制频率、占空比和腰斑尺寸等，进行了实验优化，从而减小了晶体的热负载，提高了准连续激光器的输出性能。在抽运源调制频率为40 Hz，占空比为10%，抽运光腰斑半径为80 μm，注入功率为17.6 W时，获得了2.6 W的准连续1.5 μm激光输出，斜率效率为18.1%；同时在抽运功率为5 W时，实现了290 mW的连续单横模1.5 μm激光输出，斜率效率为8.5%。
激光器 1.5 μm激光 Yb3+∶YAB晶体 热效应 抽运光腰斑半径
1 江西理工大学, 江西 赣州341000
2 中国科学院 福建物质结构研究所, 福建 福州350002
1.55 μm波段是光通讯的一个重要波段,而且对人眼安全,有高的大气透过率,因此可以广泛应用于通讯和遥感测距等领域。由于Er3+离子对商品化的InGaAs激光二极管的抽运波长不能有效吸收,因此一般通过在基质中共掺杂Yb3+和Er3+离子来获得1.55 μm波段激光输出。采用助熔剂法生长了不同Yb3+和Er3+掺杂浓度的YAl3(BO3)4(YAB)晶体。运用速率方程模型研究了晶体中Yb3+到Er3+能量传递过程,得到了根据Yb3+离子的荧光寿命计算能量传递系数的简单计算公式。计算了不同掺杂离子浓度的YAB晶体中的能量传递系数等相关参数。结果表明,在YAB晶体中,Yb3+到Er3+能量传递非常有效,YAB晶体可以作为一种能获得1.55 μm激光输出的良好介质材料。
YAB晶体 速率方程 能量传递 YAB crystal rate equation energy transfer
1 江西理工大学 材料与化学工程学院, 江西 赣州341000
2 中国科学院 福建物质结构研究所, 福建 福州350002
测量了一系列Yb3+摩尔分数(0.125…1)在Yb3+∶GdAl3(BO3)4 晶体(Yb∶GAB)的室温偏振吸收光谱、发射光谱。为了揭示和消除辐射陷阱对Yb3+光谱性质的影响，分别测量了块状、粉末和稀释粉末样品的发射光谱。为了比较不同摩尔分数和不同方式辐射陷阱的影响，采用倒易法(RM)和Fuchtbauer-Ladenburg公式(FL)来计算发射截面。实验结果表明：随着Yb3+离子摩尔分数的增加，辐射陷阱效应对发射光谱的影响越来越严重。在发射光谱中，随着Yb3+离子摩尔分数的增加，短波段发射变弱，长波段发射变强，因此，提出了Yb∶GAB 晶体中发射光谱的重心波长移动 Δλ与 Yb3+离子摩尔分数之间的经验关系来定量分析Yb3+离子摩尔分数变化对辐射陷阱的影响；采用稀释法能够很好消除辐射陷阱对发射光谱的影响，而粉末法对于低Yb3+浓度的样品能够比较好地消除辐射陷阱的影响，块状样品直接测量很难消除辐射陷阱的影响。
Yb∶GAB 晶体 辐射陷阱 Yb3+离子 GAB crystal radiative trapping Yb3+ ions
中国科学院福建物质结构研究所国家光电子晶体材料工程技术研究中心, 福建 福州 350002
采用熔盐法获得了Yb3+和Er3+离子原子数分数分别为20%和1.1%的GdAl3(BO3)4(简称GAB)晶体。在平-凹谐振腔中,利用0.97 μm波长光纤耦合准连续(CW)半导体激光端面抽运0.7 mm厚的该晶体,当输出镜透过率为1.5%时,获得斜率效率为20%,最高功率为1.75 W的1.5～1.6 μm波段激光输出。输出激光波长随吸收抽运功率和输出镜透过率发生变化。当输出镜透过率为1.5%时,随着吸收抽运功率的增加,不仅起振的纵模带增加并且输出功率逐渐从1.60 μm的纵模带中转移到1.55 μm的纵模带中。而当吸收抽运功率为13.6 W时,随着输出镜透过率的增加,输出激光波长从1.60 μm转移到1.52 μm。结果表明Er3+和Yb3+双掺的GAB晶体是一种优秀的1.5～1.6 μm波段激光材料。
材料 Er3+:Yb3+:GdAl3(BO3)4晶体 1.5～1.6 μm波段固体激光 半导体激光抽运
中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
利用Nd3+:LaB3O6晶体的解理特性获得免加工微片激光介质。在799 nm钛宝石激光抽运的平－平腔中, 实现了斜率效率分别为49%和56%的连续和准连续1060 nm激光输出。另外, 采用Cr4+:YAG作为饱和吸收片, 实现了重复频率为29 kHz、宽度为2.2 ns和峰值功率为1.25 kW的脉冲激光输出。
解理晶片 微片激光器
中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
采用提拉法获得了掺杂原子数分数为5.6%的Nd3+:LaB3O6单晶并解理得到厚度为1.2 mm的高光学质量微片。在平平谐振腔中,采用直接抽运方式利用871 nm波长钛宝石激光抽运未经加工的Nd3+:LaB3O6解理微片,获得了斜率效率为52%,最高功率为395 mW的1060 nm准连续激光输出。同时研究了不同腔模与抽运光光斑面积比例对激光性能的影响以及不同输出功率下的激光光谱。当腔模与抽运光光斑面积比例增大时,激光斜率效率增加而吸收抽运阈值降低。当输出功率低于246 mW时,观察到了单纵模激光运转。实验结果表明解理方法有望成为一种简便获得微片激光介质的新技术并能有效避免晶体切割和抛光过程中带来的缺陷和杂质,提高微片的光学质量。
材料 Nd3+:LaB3O6晶体 解理晶片 微片激光器
