[发明专利]一种自调Q激光晶体及其应用

说明书

本发明公开了一种自调Q激光晶体及其应用，该自调Q激光晶体的化学式为Na₃La_9‑xRE_xB₈O₂₇，0x9，RE为Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺,Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、和Yb³⁺稀土离子中的一种或两种；该自调Q激光晶体属于D_3h‑点群，线性电光系数矩阵为，只有一个电光系数，且该电光系数=2.3pm/V；该自调Q激光晶体具有不潮解，抗激光损伤阈值大等优点；可用于制作结构简单紧凑的自调Q脉冲激光器件。

技术领域

本发明涉及一种自调Q激光晶体及其应用，属于激光晶体技术领域。

背景技术

高功率、短脉冲和多波长是当今时代激光发展的重要方向之一，在纳秒和亚纳秒范围内具有高功率和高重复率的激光脉冲在科研、军事、工业、医疗等领域具有广泛的应用价值，目前已经应用于激光测距、遥感、微机械加工、非线性光学、微型手术、污染监控、高速全息照相等领域。采用调Q方式是获得高峰值功率的有效方法，它的基本原理是周期性的调制激光谐振腔内的阈值，把激光全部能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而获得一个脉宽为纳秒级的激光巨脉冲。这里的Q是指激光谐振腔的品质因数，即Q=2π(谐振腔内储存的能量)/(每振荡周期损耗的能量)。调Q方法主要包括电光调Q技术、可饱和吸收染料调Q技术以及声光调Q技术等。传统的调Q脉冲激光器件如图1所示，即谐振腔内至少需要两种材料，一种是激光材料，如Nd:YAG、Nd:YVO₃等，能够产生1064 nm的激光输出，另外一种是调Q材料，如电光晶体，声光晶体以及可饱和吸收染料等，可对入射的激光进行Q调制。因而整个系统体积庞大、设计难度大，价格较高。如果某种材料兼具以上两种功能，即对自身产生的激光进行Q调制，从而产生自调Q脉冲激光输出（自调Q激光材料），则可将整个系统的复杂性大大降低。Na₃La₉B₈O₂₇类晶体，即硼酸镧钠(简称NLBO)是一种新型的非线性光学晶体，其晶体结构分别被中法两国学者独立报道，该硼酸镧钠非线性光学晶体属于六方晶系，空间群 (张国春，新型非线性光学晶体及激光非线性复合功能晶体的探索。博士学位论文，中国科学技术大学，2001；P. Gravereau, J. P. Chaminade, S. Pechev, V. Nikolov, D.Ivanova, P. Peshev. Solid State Sci. 4 (2002) 993.)。采用助熔剂法可以生长出较大尺寸的单晶，其折射率、透过光谱等基本光学性质(Y. G.. Li，Y. C. Wu，G.. C. Zhang，et al. J. Cryst. Growth. 292 (2006) 468)结果表明它可作为非线性光学材料-倍频材料使用。2007年，R. Balda等人报道钕掺杂的NLBO晶体的生长和光谱性质(R. Balda,V.Jubera, C. Frayret, et al. Opt. Mater. 30 (2007) 122)。最近较大尺寸NLBO晶体的生长也取得突破，进一步表明其倍频转换效率为同等条件下LBO晶体的2.7倍，是一种具有较大应用前景的倍频或自倍频晶体(Jianxiu Zhang, Guiling Wang, Zuoliang Liu,et al. Opt. Express. 18 (2010) 237, Jianxiu Zhang etc., Opt. Express. 20(2012)16490, Guochun Zhang etc., Opt. Mater. 42 (2015)132)。最近我们发现它又是一种性能优良的电光晶体，只有一个电光系数，该电光系数的测量值为=2.3pm/V。因此它可用于制作电光调Q器件。实验证实，该晶体掺入稀土离子后即可通过泵浦产生激光，又具有电光调制性能，所以掺杂稀土离子的Na₃La₉B₈O₂₇类晶体可以实现对自身所产生的激光进行Q调制的功能，是一种性能优良的自调Q晶体。