1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641
3 四川大学 材料科学与工程学院, 成都 610064
为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器, 结合密度泛函理论和晶体场理论, 对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算, 分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能, 并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明, 通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法, 共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。
激光技术 性能调控 第一性原理计算 掺杂改性 晶体生长 荧光测试 Yb∶YAG晶体 laser technique property tuning first principle calculation doping modification crystal growth fluorescent measurement Yb∶YAG crystal
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用提拉法生长了Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶, 该晶体属于立方晶系, Oh10-Ia3d空间群。掺杂的Si4+没有改变YAG的晶体结构, 但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si4+的引入使得Yb2+含量增多, 这是由于Si4+引入了过量的电荷, 为满足电价平衡, Yb3+转换为Yb2+。Yb2+的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si4+共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%, γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外, 由于原料中含有多种Yb的同位素, Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外, 还可以与中子发生核反应产生带电粒子, 进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb3+决定, 因此, Si4+掺入也降低了中子探测灵敏度。
Si4+掺杂 Yb∶YAG晶体 提拉法 闪烁性能 探测灵敏度 Si4+ doping Yb∶YAG crystal Czochralski method scintillation property detecting sensitivity
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
采用熔融芯法制备出高增益的Yb∶YAG晶体衍生光纤,纤芯内Yb2O3的掺杂浓度(质量分数)达到5.25%。光纤在976 nm处的增益系数为12.6 dB/cm,在1550 nm处的传输损耗为1.29 dB/m。采用DBR线性腔结构,将8 mm长的Yb∶YAG晶体衍生光纤作为增益光纤,实现了17.8 mW的976 nm单频激光输出,对应的斜效率为12.1%,激光的信噪比大于45 dB,线宽小于41 kHz。
激光器 单频激光 光纤激光器 976 nm激光 Yb∶YAG晶体; 晶体衍生光纤 中国激光
2021, 48(12): 1201010
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 清华大学精密仪器系光子与电子学研究中心, 北京 100084
报道了一种室温条件下工作的高功率激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG板条双波长激光放大器, 稳定的双波长运转在1029.6, 1031.5 nm。基于Yb∶YAG宽带荧光特性, 建立了双波长放大模型, 通过数值模拟研究了不同抽运条件下激光光谱放大输出特性。通过940 nm激光二极管双端抽运Yb∶YAG晶体, 拥有双波长光谱的种子光从晶体一端注入并进行放大。实验结果表明,在1.18 kW注入时获得了6.56 kW的双波长连续激光输出, 与数值模拟结果相吻合。双波长激光放大理论和实验研究为进一步实现高功率光谱合成等应用奠定了基础。
激光器 Yb∶YAG晶体 二极管抽运 双波长
1 西安建筑科技大学 理学院, 陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学 应用物理研究所, 陕西 西安710055
针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题, 以实际工作特点为基础, 通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明, 使用泵浦功率为60W、超高斯阶次为5、光斑半径为400μm的泵浦光对含质量分数为8%、晶体半径为4mm、厚度为0.5mm的圆片Yb∶YAG晶体进行泵浦, 在将晶体的热导率分别视为常量和变量时, 泵浦端面获得的最大温升分别为52.15℃和59.51℃。根据计算结果, 设计了适合的激光器热稳腔, 能充分抑制激光器产生的热效应问题。
圆片Yb∶YAG晶体 变热导率 温度场 激光器 circular Yb∶YAG crystal variable thermal-conductivity temperature field laser
厦门大学信息科学与技术学院电子工程系， 福建 厦门 361005
报道了通过键合Yb∶YAG激光陶瓷来强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的研究结果。实现了Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器的激光输出。当吸收抽运功率为7.1 W时获得了0.53 W的自调Q激光输出，对应的光光转换效率为7.5%。在实验中获得了脉冲能量大于25 μJ、脉冲宽度小于3 ns、峰值功率高达9 kW的自调Q激光脉冲输出。同时研究了输出耦合镜透射率对Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的影响。
激光技术 Yb∶YAG激光陶瓷 Yb∶YAG晶体 自调Q激光器 微片激光器
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生部， 北京 100088
利用非均匀掺杂的设计思想，针对正面抽运、背面冷却的有源反射镜放大器结构中不同激活离子掺杂分布的介质进行了模拟计算，分析并比较了传统均匀掺杂介质与非均匀掺杂放大介质中的温度、温度梯度、应力、应变以及波前畸变的分布。结果表明，与传统均匀掺杂介质相比，非均匀掺杂放大介质内的温度、温度梯度、应力、应变与波前畸变均有明显的降低。模拟结果证明，非均匀掺杂可以改善有源反射镜放大器构型冷却与产热异面的问题，可以有效地提高放大器增益介质热管理性能，为进一步讨论基于非均匀掺杂的放大介质的热管理优化提供了基础。
激光器 热管理 数值模拟 Yb∶YAG晶体 激光二极管抽运 非均匀掺杂
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100049
报道了一种激光二极管(LD)端面泵浦10at％掺杂Yb∶YAG激光晶体(4×4×1 mm)和Ⅰ类临界相位匹配LBO的腔内倍频全固态绿光激光器.为了克服“绿光问题”，采用了两个激光二极管偏振耦合系统.在双路泵浦功率为1.2 W时，获得最高功率为40 mW 525 nm的连续基模激光输出.在腔内插入Cr4＋:YAG饱和吸收体被动调Q，在泵浦功率为1.2 W时，可以获得平均功率为5.2 mW，脉冲重复频率为2.44 kHz，脉冲宽度为51.5 ns，峰值功率为41.7 W的515 nm脉冲激光输出.输出波长发生变化，而且515 nm脉冲激光输出的阈值仅为728 mW.
全固态激光器 Yb∶YAG晶体 准三能级 绿光问题 All-solid-state laser Yb∶YAG crystal Quasi-three-level Green problem of SHG
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
采用940 nm InGaAs激光二极管(LD)阵列端面抽运片状Yb∶YAG晶体, 谐振腔采用V形有源镜构型, 实现了1030 nm红外激光输出。实验中分别测试了激光器在不同重复频率(1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz)条件下的激光输出特性。当输出耦合镜的反射率为73%, 在抽运能量为7.6 J(功率密度为13 kW/cm2) 时, 1 Hz重复频率输出稳定运行于2.43 J, 光-光转换效率为32%, 斜率效率为54.5%; 10 Hz重复频率输出稳定运行于1.76 J, 光-光转换效率为23.2%, 斜率效率为43.3%。
激光器 Yb∶YAG晶体 激光二极管阵列 端面抽运 重复频率
清华大学精密仪器与机械学系光子与电子技术研究中心, 北京 100084
报道了清华大学光子与电子技术研究中心近年来在角抽运全固态激光器方面的研究成果, 其中包括大功率全固态角抽运Yb∶YAG激光器的研制, 全固态角抽运Yb∶YAG绿光激光器的研制以及中小功率全固态角抽运Nd∶YAG基模激光器的研制。
激光器 角抽运 Yb∶YAG晶体 Nd∶YAG晶体 复合晶体 全固态激光器
