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掺Yb3+激光晶体的特性分析

导读: 1965年贝尔电话实验室的L.F.Johnson等人用闪光灯泵浦Yb∶YAG晶体,当时由于高的阈值(325J)和低的转换效率未引起人们的重视。

  1965年贝尔电话实验室的L.F.Johnson等人用闪光灯泵浦Yb∶YAG晶体,当时由于高的阈值(325J)和低的转换效率未引起人们的重视;1967年,G.Burs等人报道了掺Yb3+离子的LiNbO3和LiTaO3晶体的光谱特性;1971年,A.R.Reinberg等人用GaAs∶Si LED泵浦Yb∶YAG晶体,在77K温度下,获得了1.029μm的脉冲激光输出,峰值功率达0.7W,从而揭开了掺Yb3+激光晶体的研究序幕。1976年,G.A.Bogomolova等人将Yb3+作为激活离子掺入到YAG和其它的石榴石结构晶体中。但在这之后的相当长一段时间里,由于缺少更为有效的泵浦源,掺Yb3+激光晶体仅能在低温下实现激光运行,因此,对其研究仅限于一些光谱特性的研究,而对激光性能的研究,则几乎处于停滞状态。

  进入90年代,随着高强的窄带泵浦源InGaAs LD(输出波长为0.87~1.1μm)的发展和成本的降低,掺Yb3+激光晶体的研究风起云涌。尤其是随着激光二极管作为惯性约束核聚变择优泵浦源的出现和掺Yb3+激光材料在通信、军事上的应用潜力,更将掺Yb3+激光晶体的研究推向了高潮。许多国际著名的研究机构,如美国的利夫莫尔国家实验室(LLNL),林肯实验室(MIT),休斯研究实验室;德国的斯图加特大学,汉堡大学;英国的南安普敦大学,曼彻斯特大学;瑞士联邦理工学院;日本的大坂大学,福田大学等相继开展了掺Yb3+激光晶体的研究,将其视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要途径,利夫莫尔国家实验室还希望将其用作惯性约束核聚变点火装置中的增益介质。

  在国内,中科院上海光学精密机械研究所,山东大学等单位也相继开展了掺Yb3+激光材料的研究。目前,对其光谱和激光性能进行了较全面研究的当数Yb∶YAG晶体、Yb3+掺杂磷灰石结构晶体和一些具有潜在自倍频效应的晶体。Yb∶YAG晶体由于具有优良的光学、热力学和机械性能,化学稳定性好,可进行较高浓度的掺杂等特点而成为掺Yb3+激光材料中的佼佼者。在Yb∶FAP和Yb∶S-FAP晶体中,由于FAP和S-FAP基质能给Yb3+离子提供目前其它基质无可比拟的晶场环境而产生最大的晶场分裂能,优异的光谱性能使它具有阈值低,增益大,效率高和成本低等特点。因此,倍受人们青睐。Yb∶BaCaBO3F晶体由于具有潜在的自倍频效应而受到人们的关注。

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