[发明专利]一种腔内倍频750-810nm波段固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光材料和器件领域。

背景技术

750-810nm波段激光可用于药物筛选、医学诊断、环境气体监测以及生物学研究等众多领域，具有重要的军事和民用价值及广阔的市场前景。

目前，获得750-810nm波段激光器的技术途径主要有以下几种：

(1)半导体激光器直接输出750-810nm波段激光；

(2)调谐三价过渡族金属离子激光器的输出波长获得750-810nm波段激光。

(3)532nm激光泵浦KTP晶体通过光参量振荡技术获得750-810nm波段激光。

然而，第一种途径的半导体激光器由于输出光束质量较差，激光波长随工作温度和输出功率而变化，而且无法获得高性能的脉冲激光；因此在许多实际应用中受到了限制。第二和第三种技术途径比较复杂，工作环境和条件要求严格，不利于野外及军事应用。

相对于玻璃材料而言，YAl₃(BO₃)₄和GdAl₃(BO₃)₄等晶体材料具有更高的有效声子能量以及热和机械性能。因此，目前双掺Er³⁺和Yb³⁺的YAl₃(BO₃)₄和GdAl₃(BO₃)₄等晶体已经被认为是一种可同时实现高输出功率和高斜率效率的1.5-1.6μm波段激光增益介质。然而，由于Er³⁺和Yb³⁺掺杂离子的半径与基质晶体中被取代Y³⁺或Gd³⁺离子的半径差异较大，在晶体生长过程中会产生不同程度的晶格缺陷，降低晶体的光学质量，从而影响1.5-1.6μm波段激光的输出性能。YbAl₃(BO₃)₄硼酸铝镱晶体中敏化离子Yb³⁺是晶体本身化学计量比的一个成分，而不是以一种“掺杂”的形式存在于晶体中。同时，由于Er³⁺和Yb³⁺离子的半径非常接近，因此在YbAl₃(BO₃)₄晶体中掺入Er³⁺离子，可以有效地减少晶体生长过程中产生的缺陷，提高晶体的光学质量和输出激光的性能。另外，YbAl₃(BO₃)₄晶体具有非常高的Yb³⁺离子浓度，在厚度为100微米左右的Er³⁺离子掺杂YbAl₃(BO₃)₄晶体中即可有效吸收976nm附近波长的入射泵浦光，实现1.5-1.6μm波段的微片激光运转。因此，采用目前已经成熟的腔内倍频技术，即可实现高效率和高光束质量的750-810nm波段激光输出；而且可以使器件更加紧凑和稳定可靠，使用更加方便。

发明内容

本发明的目的是采用Er³⁺离子掺杂的硼酸铝镱晶体作为增益介质，利用腔内倍频技术获得高性能的750-810nm波段固体激光。

本发明包括如下技术方案：

1.一种腔内倍频750-810nm波段固体激光器，是由红外激光泵浦系统、激光腔、Er³⁺离子掺杂激光晶体以及用于倍频1.5-1.6μm波段激光的非线性光学晶体组成。其特征在于：该激光器中的激光晶体为Er_xYb_(1-x)Al₃(BO₃)₄晶体，其中x＝0.1～5.0mol％；红外激光泵浦系统可利用976nm附近波长的红外激光；激光腔由输入和输出介质膜组成；激光腔输入介质膜设计为在976nm波长附近透过率T≥70％，在1.5-1.6μm波段处透过率T≤1％，在750-810nm波段处透过率T≤1％；激光腔输出介质膜设计为在1.5-1.6μm波段处透过率T≤5％，在750-810nm波段处透过率T≥70％；沿倍频1.5-1.6μm波段激光的相位匹配方向切割的非线性光学晶体位于激光晶体和激光腔输出介质膜之间。