[发明专利]一种1.5至1.6微米波段薄盘片激光器

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

阻碍固体激光器向高平均输出功率发展的最大问题是激光介质在光泵浦过程中产生的热负荷。激光介质里的废热将导致热透镜、热致双折射和热应力等效应,从而造成激光输出光束质量的降低，激光输出功率的饱和和不稳定，甚至还可能造成激光介质的破裂。薄盘片激光器（thin-disk laser）的设计方案有效解决了上述问题，实现了高平均功率、高效率和高光束质量的固体激光运转（IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.,2007,13(3),pp598-609）。迄今薄盘片激光器的增益介质主要是一些Yb³⁺或者Nd³⁺掺杂的激光材料，实现了1.0至1.1微米波段的激光运转。而对于工作在人眼安全1.5至1.6微米波段的薄盘片激光器，目前还未见有相关的研究报道。

薄盘片激光器中激光介质的厚度一般只有几百个微米。将这个薄激光介质的一个端面镀上对泵浦光和基波激光均高反的介质膜后直接或再镀上一层导热材料后贴在冷却模块上进行冷却，不仅能有效地消散激光介质中的热量，而且可以使热流沿厚度方向一维分布，极大地降低了介质热效应的影响。然后通过合理设计泵浦耦合系统和谐振腔结构，就可以使激光介质在高平均功率运转条件下仍保持较高的工作效率和输出光束质量。由于薄的激光介质降低了对入射泵浦光的吸收效率，因此为了实现高效的激光运转，就必须增加泵浦光穿行激光介质的次数，增加了激光器系统设计的复杂性。

双掺Er³⁺和Yb³⁺的RAl₃(BO₃)₄（Er:Yb:RAB，R=Y,Gd和Lu等）或单掺Er³⁺的YbAl₃(BO₃)₄（Er:YbAB）激光晶体利用高浓度的Yb³⁺离子吸收976纳米波长的入射泵浦光，通过共振能量传递和多声子无辐射跃迁过程使Er³⁺离子布居到激光上能级⁴I_13/2，然后通过Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁实现1.5至1.6微米波段的固体激光输出。激光晶体中高的Yb³⁺离子浓度使其在976纳米波长处具有非常高的吸收系数。采用Er:Yb:RAB或Er:YbAB晶体作为薄盘片激光器的工作介质，可减少入射泵浦光在介质中的穿行次数，降低激光器设计的难度，实现高光束质量、高效和高平均功率的1.5至1.6微米波段固体激光输出。

发明内容

本发明的目的是将具有高Yb³⁺离子浓度的Er:Yb:RAB或Er:YbAB激光晶体作为增益介质，采用薄盘片激光器设计方案，获得高光束质量、高效和高平均功率的1.5至1.6微米波段固体激光。

本发明包括如下技术方案：

1.一种1.5至1.6微米波段薄盘片激光器，由半导体激光泵浦系统、激光腔输出镜、冷却模块和薄盘增益介质组成。其特征在于：该激光器的薄盘增益介质为Er_xYb_yR_(1-x-y)Al₃(BO₃)₄或Er_xYb_(1-x)Al₃(BO₃)₄晶体，其中x=0.5～3.0at.%,y=10～50at.%,R为Sc、Y、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合；半导体激光泵浦系统包括976纳米波长半导体激光以及放置在半导体激光和薄盘增益介质之间的光学耦合器，半导体激光以一定的入射角度聚焦在薄盘增益介质中；薄盘增益介质的一个端面先镀上对泵浦光和基波激光反射率均大于99.5%的介质膜，然后将这个端面直接或再镀上一层导热材料后贴在冷却模块上；激光腔输出镜设计为在1.5至1.6微米波段处透过率0.5%≤T≤10%。

2.如项1所述的薄盘片激光器。其特征在于：将激光腔输出镜直接镀在所述的薄盘增益介质的非冷却端面上，激光腔输出镜设计为在1.5至1.6微米波段处透过率0.5%≤T≤10%，在976纳米波长处透过率大于90%。