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陶瓷可饱和吸收体
2018-07-12 08:48:08 | 【 【打印】【关闭】

1Cr4+:YAG陶瓷可饱和吸收体

盘片激光器“径厚比”大,所以沿直径方向上的自发辐射放大(ASE)效应比较明显,因此如何降低盘片激光器的ASE效应是研究的重点。Yb离子由于其激光波长自吸收和准三能级结构所决定的高泵浦阈值问题以及高的泵浦密度条件下Yb:YAG盘片激光材料径向光放大导致的ASE效应一直是阻碍Yb:YAG激光材料在高功率大能量固体激光领域更广泛应用的主要因素。法国LULI实验室的实验数据表明在高功率泵浦密度条件下,Yb:YAG激光材料的增益随着泵浦功率的增加而很快趋向于饱和,而非线性增加。其主要原因是径向的ASE效应和热效应。通过材料的设计和可控制备来改善热分布并抑制ASE效应对Yb:YAG激光材料而言意义极其重大。

以往解决大尺寸Yb:YAG激光增益介质ASE效应的方法是利用包边涂黑,但是包边工艺较为复杂,稳定性不够。考虑到Cr4+:YAG陶瓷在Yb:YAG激光材料发射波长1030nm处存在强的吸收,采用Cr4+:YAG陶瓷包边Yb:YAG陶瓷可以实现大能量高功率激光输出。日本神岛公司的Cr4+:YAG包边Yb:YAG陶瓷已经用于DiPOLE高能激光放大器。

日本神岛公司的Cr4+:YAG包边Yb:YAG陶瓷用于DiPOLE高能激光放大器

透明与光功能陶瓷课题组采用固相反应和真空烧结技术成功制备了高质量的Cr4+:YAG陶瓷包边Yb:YAG晶体/陶瓷,在九院八所的10J平台上解决了激光放大器的ASE效应和热畸变加大的问题,实现7.1J/10Hz激光输出。 

Cr4+:YAG陶瓷包边Yb:YAG晶体(上图)/透明陶瓷(下图)

2Co:MgAl2O4透明陶瓷

Co:MgAl2O4是一种可以用作1.5 µm“人眼安全”激光器被动调Q开关的高效可饱和吸收体。通过它的被动调Q作用产生的高峰值功率脉冲激光还具有人眼伤害小、烟雾穿透能力强、传输衰减小等特点,可广泛应用于空间光通信战场快速测距无人设备的激光雷达等领域。目前使用的这类可饱和吸收体主要是利用提拉法制备的Co:MgAl2O4单晶和含有Co: MgAl2O4纳米晶的玻璃陶瓷纳米晶的玻璃陶瓷,而Co: MgAl2O4陶瓷在热导率、掺杂和结构调控以及成本控制等方面更具优势。

人眼安全1.5μm脉冲激光的主要应用(a)激光通信;(b)精准测距;(c)激光雷达

透明与光功能陶瓷研究课题组以商业镁铝尖晶石粉体和共沉淀 Co:MgAl2O4粉体的混合体为原料,以LiF为烧结助剂,通过热压烧结获得了完全致密的0.05 at.% Co:MgAl2O4透明陶瓷,1 mm厚的陶瓷样品在2500 nm处的光学透过率接近80%,而在1000 nm1700 nm波长的透过率都约为77%。根据Co2+离子的吸收系数可以计算得到热压制备的0.05% Co:MgAl2O4透明陶瓷的基态吸收截面积为2.55×10-19cm2,表明Co:MgAl2O4透明陶瓷可应用于1.5 µm“人眼安全”激光器被动调Q开关。

a)不同温度下热压烧结 2 h制备的Co:MgAl2O4陶瓷的直线透过率曲线及实物照片;(b)制备的Co:MgAl2O4陶瓷Co2+的吸收系数的吸收系数及四面体配位的

 

 

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