[发明专利]光学泵浦固态激光器以及包括所述固态激光器的照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态激光器件，其包括基本上具有掺杂有稀土离子的固态基质材料的主相（main phase）的增益介质。本发明进一步涉及包括至少一个所述固态激光器件的相应照明系统。

背景技术

激光器将代替UHP灯（UHP：超高性能）作为用于需要高亮度光源的投影系统和其他系统的光源。尽管红色和蓝色激光二极管可获得，但是在绿色光的波长区域中集成激光光源的缺乏直到现在仍然阻挡着将激光器广泛用于显示应用或照明应用。直到现在，集成绿色激光器仍然不可获得，并且必须应用波长转换方案。

基于作为增益介质的Pr³⁺掺杂氟化物材料的蓝色二极管泵浦固态激光器（bDPSSL）近来吸引了对于这种集成绿色激光器的大量关注。这些激光器限于波长选定和稳定化的泵浦二极管。它们采用线性波长转换方案。这导致与二次谐波系统相比对于温度漂移更低的灵敏度以及变成集成的且因而低成本的解决方案的可能性。这种基于Pr³⁺掺杂氟化物材料的蓝色二极管泵浦固态激光器的典型设置使用Pr:YLF（YLF：钇锂氟化物）作为激光增益介质（激光产生介质）。

这些激光器达到相当高的效率，但是同时在诸如集成投影之类的应用方面具有若干缺陷和缺点：Pr:YLF在典型的蓝色激光二极管的发射波长（~445nm）处具有窄的吸收线。这要求选择具有与Pr吸收精确匹配的发射光谱的激光二极管。激光二极管的这种分箱（binning）和选择将直接增大泵浦激光器和整个系统的成本。此外，激光二极管的发射随着二极管电流和温度而移动。

铈掺杂钇铝石榴石（Ce:YAG）作为磷光体在发光二极管（LED）中得到广泛的应用。不同于在可见光范围内为不同4f态之间的电偶极禁戒跃迁的Pr³⁺离子中的光学跃迁的是，Ce³⁺离子中的相关跃迁处于4f能级与5d能级之间且为电偶极允许的。在YAG:Ce中，这导致在蓝色波长区域内的强而宽的吸收，以及从500nm延伸至650nm的宽而强的发射带，最大值处于黄色波长处。

由于这些有利的特征，Ce:YAG也作为用于固态激光器的材料而被研究。然而，从预期的上激光能级至导带或者Ce离子的另一个高位5d能级的强吸收防止了该材料中的激光产生。该吸收现象称为激发态吸收（ESA）。相同的情形在Ce:Lu₃Al₅O₁₂（Ce:LuAG）中给出。在Ce:Lu₃Al₅O₁₂中，ESA过程终止于高能位置，其中激发光谱表现出强信号。该强信号是ESA的相关能量处的高密度状态的指示；因此，ESA防止了Ce:LuAG中的激光作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在绿色波长区域内发射的固态激光器，其发射从480nm至580nm的波长区域或者该波长区域的任何子区内的光，该固态激光器可以由像LED或者激光二极管那样的在更短波长处发射的发光器件泵浦。

这个目的是利用依照权利要求1的固态激光器来实现的。有利的实施例是从属权利要求的主题和/或在包括用于实现本发明的实施例的后续描述中进行描述。

所提出的固态激光器包括增益介质，该增益介质基本上具有掺杂有稀土离子的固态基质材料的主相，其中稀土离子的至少一部分是具有高能地位于基质材料的最高价态与最低导通状态之间的4f基态和至少一个5d带的Ce³⁺离子，其中最高4f态和5d带的下边缘具有第一能级距离并且最低4f态和5d带的上边缘具有第二能级距离，其中基质材料被选择成使得得到的增益介质具有不含空置状态的能量范围，所述能量范围禁用激发态吸收（ESA），该能量范围位于较低能量与较高能量之间，所述较低能量比5d带的下边缘高出第一能级距离的值，所述较高能量比5d带的上边缘高出第二能级距离的值。优选地，固态基质材料为石榴石。

措词“基本上”特别地表示≥95%的、优选地≥98%的以及最优选地≥99.5%的增益介质的基质材料具有希望的结构和/或组成。

术语“主相”表示可能存在例如由上述材料与可以例如在陶瓷加工期间添加的添加剂的混合物得到的另外的相。这些添加剂可以完全地或者部分地结合到最终的材料中，该最终的材料于是也可以是若干化学上不同的物种的复合物，并且特别地包括本领域中称为熔剂（flux）的这样的物种。