1.5微米波段新型高效諧振泵浦Er:GYSO雷射晶體的研究

項目摘要

人眼安全1.5微米波段雷射在醫療、遙感探測、通訊、雷達成像等方面具有重要的套用前景，是目前固體雷射領域中研究的熱點。採用高功率LD或Er光纖諧振泵浦Er晶體雷射器，具有量子效率高(大於90%)、廢熱產生少、儲能大等特點，是目前實現高效、大能量、高光束質量1.5微米波段連續和高重頻調Q雷射輸出的最佳途徑。本項目提出的低對稱雙格位Er:GYSO混晶雷射晶體具有Er離子基態能級劈裂大、量子缺陷小、1.5微米波段吸收和發射譜頻寬、線偏振雷射輸出等特點，是一種新型高效1.5微米波段諧振泵浦雷射晶體。項目主要研究Er:GYSO晶體的分子最佳化設計及製備、結構、光學光譜等特徵，通過最佳化晶體組分和微結構、Er濃度、晶向等，以實現Er:GYSO晶體1.5微米波段高效諧振泵浦雷射輸出。本項目的實施不僅對發展1.5微米波段雷射器具有重要意義，而且對研究探索其它新型高效諧振泵浦雷射晶體具有重要的科學意義。

結題摘要

人眼安全1.5μm波段雷射在醫療、遙感探測、通訊、雷達、成像等方面具有重要的套用前景，是目前固體雷射領域中研究的熱點。本項目系統開展了具有雙格位、低對稱、強晶格場Er3+離子摻雜的稀土正矽酸鹽晶體Er3+:Re2SiO5(Re=Gd3+、Lu3+)和Er3+:GYSO等諧振泵浦雷射晶體的生長、物化性能、光譜以及雷射性能等研究工作，主要取得了如下研究成果：（1）成功生長出了不同Er離子濃度摻雜的Er3+:Lu2SiO5(Er:LSO), Er3+:Gd2SiO5 (Er:GSO), Er3+:GdxY2-xSiO5 (Er:GYSO)等諧振泵浦雷射晶體；Er離子典型濃度為0.3-0.5at%，晶體的尺寸大於Φ35mm×40mm。（2）系統研究了Er3+:Re2SiO5(Re=Gd3+、Lu3+)和Er3+:GYSO晶體中Er離子的分凝係數、晶格結構、熱力學性能、解理等物理化學性能。研究表明，Er:GYSO混晶晶格中，Y離子的引入可以減弱GSO的解理特性，但使其室溫下的熱導率也隨之減少。Er3+:G0.7Y0.3SO晶體[010]方向室溫下的熱導率為2.7Wm-1k-1，低於純GSO晶體[010]方向的熱導率3.0W/(m•k)，也低於Er3+:LSO晶體[010]晶向的熱導率為5.3 Wm-1k-1。（3）採用JO理論以及實驗方法系統研究了Er:LSO,Er:GSO,Er:GYSO等雷射晶體的光譜特徵，室溫光譜研究表明，Er:LSO晶體由於具有較強的晶體場參數使得該晶體在1485nm處的吸收截面為0.72×10-20cm2，半高寬達12.5nm；而Er3+:GSO/GSYO晶體的最強吸收峰位於1529nm，半高寬均大於5nm。（4）採用精密低溫光譜研究確立了Er3+:GSO晶體的精細能級結構，其基態斯塔克劈裂值達626 cm-1，零聲子線為6540cm-1，並估算了Er3+離子占據GSO晶體格位1和格位2的比例為17:1。（5）首次在常溫下用1536nm的連續雷射泵浦Er3+:LSO晶體，在雷射實驗未有最佳化的條件下實現了1.6μm的雷射輸出，斜率效率為16%；輸入功率為4.5W時，獲得了600mW的最大輸出功率。本項目對發展新型Er離子在雙格位強場稀土正矽酸鹽雷射晶體具有重要的參考意義，對發展1.5um波段的諧振泵浦雷射也具有相當促進作用

1.5微米波段新型高效諧振泵浦Er:GYSO雷射晶體的研究

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