專利名稱：用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器的制作方法
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及激光器件中的全固態(tài)自倍頻激光器的設(shè)計。
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，倍頻是激光技術(shù)中經(jīng)常用到的一種改變激光束輸出波長的方法。它通常采用一塊專門的非線性光學(xué)晶體，置于激光束前面來改變激光束輸出波長。將激光振蕩與倍頻作用兩種技術(shù)集中在同一塊晶體上，獲得自倍頻激光輸出，是科學(xué)家們一直以來追求的目標(biāo)。六十年代Johnson等人在摻Tm3+的LiNbO3同一塊晶體上，實現(xiàn)了1853nm到927nm的自倍頻激光輸出，但轉(zhuǎn)換效率只達到10-6數(shù)量級(L.F.Johnson and A.A.Ballman，J.Appl.Phys.，40(1969)297)。1989年羅遵度等人研究出高轉(zhuǎn)換效率的Nd3+YAl3(BO3)4(簡稱NYAB)晶體，獲得532nm的綠色自倍頻激光(Luo Zundu(羅遵度)，Jiang Aidong(江愛棟)，Huang Yichuan(黃亦川)，Qiu Minwang(邱閩旺)，Chinese Phys.Lett.，6(1989)440)。但由于晶體自身缺陷引起的晶體質(zhì)量問題，至今無實際應(yīng)用。GdAl3(BO3)4(簡稱GAB)是一種非線性光學(xué)晶體材料，它屬于三方晶系，具有R32空間群結(jié)構(gòu)(A.A.Ballman，Am.Mineral，47(1962)1380)，其性質(zhì)類似于YAl3(BO3)4(簡稱YAB)。摻釹的GdAl3(BO3)4晶體可作為一種自倍頻激光晶體材料，獲得1060→530nm的綠色自倍頻激光輸出，激光輸出能量為1.55mJ(邱閩旺等，量子學(xué)報，17(2000)3231～236)。但迄今為止，尚未有以采用自倍頻方式來獲得藍色激光的激光器的報道。
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其目的就在于研制一種高轉(zhuǎn)換效率的采用閃光燈泵浦的，以摻釹的GdAl3(BO3)4晶體為工作物質(zhì)的，產(chǎn)生自倍頻藍色激光輸出的全固態(tài)自倍頻小型激光器。
全固態(tài)自倍頻激光器主要由工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔三部分組成，此外，還包括聚光腔和激光電源等其它一些輔助器件。其中工作物質(zhì)是整個自倍頻激光器的基礎(chǔ)，依靠它的激活離子產(chǎn)生激光，依靠它的基質(zhì)晶體實現(xiàn)自倍頻。而泵浦源主要起提供激勵能量的作用，光學(xué)諧振腔用于放大激光輸出能量。可以說要制造出一臺自倍頻激光器，首先要找到可產(chǎn)生相應(yīng)輸出波長的自倍頻激光晶體，它是整個激光器的關(guān)鍵所在，而激光器的其它部件只是依據(jù)工作物質(zhì)的性質(zhì)加以匹配。
摻釹的硼酸釓鋁晶體(Nd3+GdAl3(BO3)4，簡稱NGAB)，是近期研制成功的一種新型的自倍頻激光晶體材料，它屬于三方晶系，空間群為R32，Nd3+作為摻雜離子，取代Gd3+的格位，其濃度為1at％～20at％之間。它的性質(zhì)非常類似于Nd3+YAl3(BO3)4晶體。它作為自倍頻激光晶體，可產(chǎn)生530nm的綠色激光輸出已有報道。我們在研究其光譜性質(zhì)的過程中，發(fā)現(xiàn)它在880nm處的發(fā)射躍遷截面σem為0.86×10-19cm2，而Nd3+YAl3(BO3)4晶體在1060nm處的發(fā)射躍遷截面σem為1.0×10-19cm2，兩者極為相近，而NGAB和NYAB的其余性質(zhì)都極為類似。因此Nd3+GdAl3(BO3)4晶體可作為一種新型的自倍頻藍色激光晶體材料，獲得波長為440nm左右的藍色激光輸出，從而獲得實際應(yīng)用。
作為自倍頻激光器的重要組成部分，泵浦源也是必不可少的。它提供能量，使晶體中的激活離子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后通過輻射躍遷，從激發(fā)態(tài)返回到終態(tài)，而發(fā)射出相應(yīng)波長的激光。本發(fā)明采用閃光燈作為泵浦源，其泵浦方式可為端面或側(cè)面泵浦，而閃光燈可為氙燈、氪燈和高壓弧燈等，閃光燈發(fā)射具有寬譜帶的性質(zhì)，其應(yīng)用范圍廣，使用方便，價格便宜，是目前使用比較廣的泵浦源。
作為自倍頻激光器的另一個重要組成部分，光學(xué)諧振腔用于使產(chǎn)生的激光在其中進行振蕩，當(dāng)達到一定能量時才輸出，即用于激光能量的放大。本發(fā)明采用了平一平諧振腔和平一凹諧振腔，作為諧振腔組成的兩塊基片分別涂上不同反射率的膜層，其中全反片對440nm和880nm波長的激光反射率為100％，而輸出鏡對440nm波長的透過率在5-40％之間。
采用以上設(shè)計的，用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，即可獲得波長為440nm的藍色激光輸出。該激光器可望在高密度數(shù)據(jù)存儲、彩色印刷、水底通訊等諸多方面得到廣泛應(yīng)用。
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈側(cè)面泵浦的自倍頻藍色激光器的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖
所示，其中(1)為全反射鏡，(2)為NGAB晶體，(3)為閃光燈，(4)為輸出鏡，(5)為藍色激光輸出。
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式為激光工作物質(zhì)采用摻釹硼酸釓鋁晶體，泵浦源為閃光燈；諧振腔由全反射鏡和輸出鏡組成，其中全反射鏡對440nm和880nm波長的激光反射率為100％，而輸出鏡對440nm波長的透過率在5-40％之間。
權(quán)利要求
1.用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，主要由工作物質(zhì)、泵浦源、諧振腔、聚光腔和激光電源組成。其特征在于工作物質(zhì)為摻釹硼酸釓鋁晶體，泵浦源為閃光燈，諧振腔由全反射鏡和輸出鏡組成。
2.如權(quán)利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其特征在于所述的工作物質(zhì)為Nd3+GdAl3(BO3)4(簡稱NGAB)晶體，該晶體屬于三方晶系，空間群為R32，摻Nd3+離子濃度為1at％～20at％之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其特征在于所述的工作物質(zhì)加工成棒狀或板條狀。
4.如權(quán)利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其特征在于所述的閃光燈為氙燈或氪燈或高壓弧燈等。
5.如權(quán)利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其特征在于所述泵浦方式采用側(cè)面或端面泵浦。
6.如權(quán)利要求1所述的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，其特征在于所述的諧振腔主要由全反射鏡和輸出鏡組成，其中全反射鏡對波長為440nm和880nm的光具有100％的反射率；輸出鏡對波長為440nm的光的透過率為在5～40％之間，對880nm的光則全反射。
7.一種權(quán)利要求1的用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器的應(yīng)用，其特征在于該激光器應(yīng)用于高密度數(shù)據(jù)存儲、彩色印刷、水底通訊等諸多方面。
全文摘要
用摻釹硼酸釓鋁晶體制造的閃光燈泵浦的自倍頻藍色激光器，涉及一種用摻釹硼酸釓鋁晶體(Nd
文檔編號H01S3/06GK1455480SQ02118769
公開日2003年11月12日 申請日期2002年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月3日
發(fā)明者王國富, 林州斌, 胡祖樹, 何美云, 邱閩旺 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所