一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器，CrOCl激光脉冲调制器由CrOCl晶体制得，基于CrOCl激光脉冲调制器的全固态激光器包括CrOCl激光脉冲调制器。本实用新型专利技术将CrOCl晶体用作激光脉冲调制器，具有以下优势：(1)Cr3+离子在CrOCl晶体中是基质离子，有浓度高、分布均匀的特点，可饱和吸收效应具有高效性、均匀性。(2)工作波段宽。CrOCl晶体的短波截止边位于600nm，长波截止边位于18mm，在这个波段内都可实现可饱和吸收。(3)容易制备，可用气相传输法生长，产率高，尺寸大，易剥离，且表面光滑，可直接用于激光脉冲的调制，生产和加工过程极为便利。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器，属于激光

技术介绍
激光器被誉为20世纪最伟大的技术之一，发展至今已形成一个巨大的产业，影响着国民经济的各个领域。脉冲激光具有峰值功率高、能量大、脉冲时间短等优势，是激光的重要组成部分和发展方向，在国防、科研、医疗等众多领域有重要应用。实现脉冲激光的技术可大致分为两类：主动调制、被动调制。通过材料本身的可饱和吸收特性对激光产生过程的损耗进行调节，从而获得脉冲激光的方式称为被动调制技术。被动调制具有操作简单、结构紧凑、能耗低等优势，在脉冲激光中扮演着重要角色，其应用越来越普遍。目前常用的可饱和吸收材料有两类：1.具有特殊离子掺杂的绝缘体材料，如掺铬的钇铝石榴石(Cr:YAG)晶体或陶瓷以及色心晶体；2.半导体材料，如砷化镓或特殊工艺做成的可饱和吸收镜(SESAM)。这两类材料制备工艺较为复杂，并且可饱和吸收性能对于波长有很强的依赖性，因此应用范围有限。目前，人们仍在积极探索新型的性能更加优异、全面的可饱和吸收材料。Cr离子掺杂的晶体在激光调制领域具有重要地位。因其生长条件不同，可以形成不同价态，如二价Cr2+、三价Cr3+、四价Cr4+和五价Cr5+。其中，四价Cr4+离子掺杂的晶体是产生1μm附近脉冲激光的常用材料，是被动调Q和锁模的重要元件，最典型的如Cr4+:YAG。利用二价Cr2+离子掺杂的晶体(Cr2+:ZnSe)在1.645μm波段实现了激光调Q。利用五价Cr5+离子掺杂的晶体(Cr5+:YVO4)在1.08μm波段实现了激光调Q。到目前为止还未发现三价Cr3+离子晶体的可饱和吸收效应。我们在开孔Z扫描测试中首次发现，CrOCl晶体具有强的可饱和吸收特性，即在弱光照射时透过率较低，而在强光照射时透过率显著提高。实验装置如图1所示，包含泵浦源1、分光镜2、聚焦透镜3、CrOCl晶体4、第一能量计5、第二能量计6。泵浦源1为染料锁模Nd：YAG脉冲激光器(美国Continuum公司生产，型号PY61C-10，波长1064nm,脉冲宽度40ps,工作频率10Hz)，分光镜2将泵浦源1的出射光束分为两束，光束一照射在聚焦透镜3上，聚焦透镜3的焦距为300mm，光束一透过聚焦透镜3和CrOCl晶体4后照射在第一能量计5上，光束二照射在第二能量计6上作为参考光束，第一能量计5和第二能量计6连接计算机进行数据采集。实验过程中，CrOCl晶体在轨道上沿光轴方向直线移动，当CrOCl晶体靠近焦点时光束能量密度逐渐升高，并在焦点位置达到最大，通过焦点后光束能量密度逐渐降低。实验中CrOCl晶体的总移动距离为100mm，光束焦点位于中间位置。实验结果如图2所示，图2中，拟合曲线是根据非线性光学理论对实验数据的拟合，crocl晶体沿光轴方向由远距离接近焦点位置时归一化透过率逐渐增大至150％，表明crocl晶体在1064nm激光照射下通过焦点位置附近时产生了饱和吸收现象，显示了CrOCl晶体具有强的可饱和吸收特性，可作为被动调制元件产生高峰值功率的脉冲激光。中国专利文献CN101378173A公开了掺铬钼酸铝铷可调谐激光晶体及其制备方法和用途，涉及一种可调谐固态激光器中的工作介质。该方法采用60-80at％Rb2Mo3O10为助熔剂，降温速率为1-5℃/天，转速为5-30转/分钟，生长出了高质量、较大尺寸的Cr3+:RbAl(MoO4)2晶体。该晶体属三方晶系，具有P空间群结构，折射率1.73。该晶体可作为可调谐激光晶体，其可调谐范围在710-1000nm之间，用该晶体制成的固体激光器可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。在该专利中，掺铬钼酸铝铷晶体是一种激光晶体，用作可调谐固体激光器中的工作介质，产生宽调谐激光输出，铬离子在晶体结构中是掺杂离子，部分取代铝离子的晶格位置，含量较少(掺杂浓度在0.2at％-0.5at％之间)。而在本专利中，虽然Cr离子也是三价态，但在CrOCl的晶格结构中属于基质离子而非掺杂离子，因此晶格占有率为100at％，浓度更高、分布更均匀。从功能上来看本专利中的CrOCl是一种可饱和吸收体，用于激光调制，本身并不发射激光，而在上述专利中Cr3+:RbAl(MoO4)2是一种激光晶体，本身发射激光。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器；本技术首次将三价Cr3+离子晶体即CrOCl晶体用作激光脉冲调制器，与已有的Cr离子掺杂型可饱和吸收体相比具有以下显著优势：(1)Cr3+离子在CrOCl晶体中是基质离子，而不是掺杂离子，具有浓度高、分布均匀的特点，相应地其可饱和吸收效应具有高效性、均匀性。(2)工作波段宽。CrOCl晶体的短波截止边位于600nm，长波截止边位于18μm，在这个波段内都可实现可饱和吸收，而传统的Cr离子掺杂型可饱和吸收体的可用波段仅为几百纳米甚至更窄。(3)容易制备，CrOCl晶体是具有层状结构的晶体材料,可用气相传输法生长，产率高，尺寸大，易剥离，且表面光滑，可直接用于激光脉冲的调制，生产和加工过程极为便利。术语解释“增透”：一般指对特定波长的光透过率≥95％，“高反射”一般指对特定波长的光反射率≥99％，“部分反射”一般指对特定波长的光反射率在30％-99％之间。本技术的技术方案为：一种基于CrOCl激光脉冲调制器的全固态激光器，包括沿光路依次安放的第一泵浦源、第一前腔镜、第一激光增益介质、所述CrOCl激光脉冲调制器、第一输出镜。根据本技术优选的，所述第一泵浦源为半导体激光二极管(LD)或氙灯。提供泵浦能量。所述第一前腔镜及所述第一输出镜组成第一谐振腔，所述第一前腔镜镀以对激光工作波段高反射介质膜，所述第一输出镜镀以对激光工作波段反射介质膜。所述第一激光增益介质为半导体、激光晶体、激光陶瓷或激光玻璃。所有能产生激光增益的固体介质都可以作为第一激光增益介质，加工成圆柱体或者长方体，其端面镀以有利于泵浦光吸收和激光振荡的介质膜，也可以只抛光不镀膜。将所述CrOCl激光脉冲调制器放于谐振腔内，形成调Q或锁模激光输出。上述全固态脉冲激光器的谐振腔参数可自行设计，如腔长、腔镜曲率、输出镜的耦合透过率等，并可根据实际需要添加全反镜以改变腔型，相关设计是本领域熟知的技术。根据本技术优选的，所述第一激光增益介质为钕掺杂钇铝石榴石Nd:YAG晶体或钕掺杂钒酸钇Nd:YVO4晶体，所述钕掺杂钇铝石榴石Nd:YAG晶体中Nd3+离子浓度为0.1-3at.％，所述钕掺杂钒酸钇Nd:YVO4晶体中Nd3+离子浓度为0.1-5at.％。一种端面泵浦基于CrOCl激光脉冲调制器的调Q激光器，包括沿光路依次安放的第二泵浦源、第一光纤耦合系统、第一聚焦系统、第二前腔镜、第二激光增益介质、所述CrOCl激光脉冲调制器、第二输出镜。第二泵浦源发出的泵浦光经第一光纤耦合系统、第一聚焦系统和第二前腔镜输入到第二激光增益介质中，产生的激光被CrOCl激光脉冲调制器调制，从第二输出镜一端输出调Q脉冲。根据本技术优选的，所述第二前腔镜及第二输出镜组成第二谐振腔，所述第二谐振腔长度为1-10cm；所述第二泵浦源为发射波长为808nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器，其特征在于，包括沿光路依次安放的第一泵浦源、第一前腔镜、第一激光增益介质、CrOCl激光脉冲调制器、第一输出镜。

【技术特征摘要】
1.一种基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器的全固态激光器，其特征在于，包括沿光路依次安放的第一泵浦源、第一前腔镜、第一激光增益介质、CrOCl激光脉冲调制器、第一输出镜。2.根据权利要求1所述的全固态激光器，其特征在于，所述第一泵浦源为半导体激光二极管或氙灯；所述第一前腔镜及所述第一输出镜组成第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正平，王梦霞，张健，陶绪堂，许心光，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37