專利名稱：一種可用于探測CO和CO₂氣體的固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光材料和器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1580nm是CO和CO2氣體位于近紅外波段的一個吸收峰值波長。因此，對人眼安全的1580nm波長激光可用于微量CO和CO2氣體的遠程探測，具有重要的軍事和民用價值及廣闊的市場前景。目前，用于探測CO和CO2氣體的激光吸收光譜儀(laser absorption spectrometer, LAS)光源主要是采用1580nm半導(dǎo)體激光器。由于半導(dǎo)體激光器輸出光束質(zhì)量較差，且輸出激光波長隨工作溫度和輸出功率而發(fā)生變化，因此在測量精度和靈敏性等方面受到了限制。目前，利用Er3+和％3+離子雙摻的硼鋁酸鹽晶體作為增益介質(zhì)已經(jīng)實現(xiàn)了高性能的1.5-1.6Mffl波段的激光運轉(zhuǎn)。該晶體在1.5-1. 6Mm波段具有寬的增益譜帶和多個增益峰，其中一個增益峰正好位于1580nm波長，因此，通過采用特殊設(shè)計的激光腔鏡，即可抑制除1580nm外其它波長的激光起振，實現(xiàn)高性能的1580nm單波長固體激光輸出。該單波長固體激光可以有效提高微量CO和(X)2氣體遠程探測的測量精度和靈敏性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用Er3+和離子雙摻的硼鋁酸鹽晶體作為增益介質(zhì)，通過激光腔鏡透過率設(shè)計來抑制除1580nm外其它波長的激光起振，獲得高輸出功率和高光束質(zhì)量的1580nm單波長固體激光，以應(yīng)用于CO和(X)2氣體探測。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案
1. 一種1580nm單波長固體激光器，包括紅外激光泵浦系統(tǒng)、激光腔以及離子雙摻激光材料，其特征在于該激光器采用ErxYbyR(1_x_y)Al3 (BO3)4激光晶體作為增益介質(zhì)，其中0. 005 ^ χ ^ 0. 05,0. 05彡y彡0. 5，R為Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的組合；激光泵浦系統(tǒng)利用976nm附近波長的紅外激光；激光腔輸入介質(zhì)膜片設(shè)計為在976nm波長附近透過率T ^ 80%,在1580nm波長處透過率T ^ 1%，長于1590nm波長處的透過率T彡10% ；激光腔輸出介質(zhì)膜片設(shè)計為在1580nm波長處透過率1%彡T彡3%，短于 1560nm波長處的透過率T彡10%。2.如項1所述的固體激光器，其特征在于激光腔輸入介質(zhì)膜片設(shè)計為在976nm 波長附近透過率T彡80%，在1580nm波長處透過率T彡1%，短于1560nm波長處的透過率 T彡10% ；激光腔輸出介質(zhì)膜片設(shè)計為在1580nm波長處透過率1%彡T彡3%，長于1590nm波長處的透過率T ^ 10%。3.如項1所述的固體激光器，其特征在于將其中一面或兩面介質(zhì)膜片分別直接鍍在所述的激光晶體的一個或兩個相對端面上。
4. 一種1580nm單波長脈沖激光器，其特征在于在項1的固體激光器的激光晶體和輸出介質(zhì)膜片間插入1580nm波長處的調(diào)Q或鎖模元件，輸出1580nm單波長脈沖激光。5.如項4所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的調(diào)Q 或鎖模元件的一個端面粘貼，在激光晶體的另一個端面和調(diào)Q或鎖模元件的另一個端面分別鍍上輸入和輸出介質(zhì)膜片。6.如項5所述的激光器，其特征在于將所述的激光晶體與所述的調(diào)Q或鎖模元件分開。7.如項4，5或激光器，其特征在于將所述的調(diào)Q和鎖模元件同時置于激光腔中。利用本發(fā)明技術(shù)方案制造的固體激光器具有的有益效果是能獲得具有高輸出功率和高光束質(zhì)量的1580nm單波長固體激光，提高微量CO和(X)2氣體的探測精度和靈敏性。
具體實施例方式實例1 :976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦和Er3+離子雙摻的YAl3(BO3)4晶體實現(xiàn) 1580nm單波長固體激光輸出。利用熔鹽法生長摻雜25at. %Yb3+和1. lat. %Er3+的YAl3 (BO3) 4晶體。在976nm處， Yb3+和Er3+離子對平行于光軸入射的泵浦光的吸收系數(shù)總和為43cm—1。根據(jù)晶體需對入射泵浦光功率單程吸收80%左右的原則，確定c切片晶體的厚度為0. 35mm (端面積一般為平方毫米到平方厘米)。然后將晶體端面拋光后固定在鋁片上并置于激光腔中。入射鍍膜腔鏡在976nm波長附近透過率T ^ 90%,在1580nm波長處透過率T = O. 8%，長于1590nm波長處的透過率T彡20% ；出射鍍膜腔鏡在1580nm波長處透過率T = 1. 7%，短于1560nm波長處的透過率T ^ 15%。利用20W的976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可得到輸出功率高于1. Off的 1580nm單波長激光。也可以將介質(zhì)膜分別鍍在激光晶體的端面上，以實現(xiàn)同樣的目的。實例2 :976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦和Er3+離子雙摻的LuAl3 (BO3) 4晶體實現(xiàn) 1580nm單波長固體激光輸出。利用熔鹽法生長摻雜24. lat. %Yb3+ 和 1. lat. %Er3+ 的 LuAl3(BO3)4 晶體。在 976nm 處，和Er3+離子對平行于光軸入射的泵浦光的吸收系數(shù)總和為45cm—1。根據(jù)晶體需對入射泵浦光功率單程吸收80%左右的原則，確定c切片晶體的厚度為0. 35mm (端面積一般為平方毫米到平方厘米)。然后將晶體端面拋光后固定在鋁片上并置于激光腔中。入射鍍膜腔鏡在976nm波長附近透過率T ^ 90%,在1580nm波長處透過率T = O. 8%，長于1590nm波長處的透過率T彡20% ；出射鍍膜腔鏡在1580nm波長處透過率T = 1. 7%，短于1560nm波長處的透過率T彡15%。利用20W的976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可得到輸出功率高于1. 5W 的1580nm單波長激光。也可以將介質(zhì)膜分別鍍在激光晶體的端面上，以實現(xiàn)同樣的目的。實例3 :976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦和Er3+離子雙摻的YAl3(BO3)4晶體實現(xiàn) 1580nm單波長脈沖固體激光輸出。直接將1580nm波段的聲光調(diào)Q模塊插入實例1中激光晶體和出射鍍膜腔鏡之間， 利用20W的976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦即可實現(xiàn)脈沖能量高于250 μ J，脈沖寬度短于220 ns和輸出峰值功率高于1. 1 kW的1580nm主動調(diào)Q單波長脈沖激光輸出?；蛘邔⒓す饩w的一個端面與聲光調(diào)Q模塊的一個端面粘貼，激光晶體的另一個端面和聲光調(diào)Q模塊的另一個端面鍍上適合976nm紅外激光端面泵浦、1580nm激光諧振并輸出脈沖激光的介質(zhì)膜，利用976nm半導(dǎo)體激光端面泵浦也可輸出1580nm主動調(diào)Q單波長脈沖激光。
權(quán)利要求
1.一種1580nm單波長固體激光器，包括紅外激光泵浦系統(tǒng)、激光腔以及離子雙摻激光材料，其特征在于該激光器采用ErxYbyR(1_x_y)Al3 (BO3)4激光晶體作為增益介質(zhì)，其中0. 005 ^ χ ^ 0. 05,0. 05彡y彡0. 5，R為Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的組合；激光泵浦系統(tǒng)利用976nm附近波長的紅外激光；激光腔輸入介質(zhì)膜片設(shè)計為在976nm波長附近透過率T ^ 80%,在1580nm波長處透過率T ^ 1%，長于1590nm波長處的透過率T彡10% ；激光腔輸出介質(zhì)膜片設(shè)計為在1580nm波長處透過率1%彡T彡3%，短于 1560nm波長處的透過率T彡10%。
2.如權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于激光腔輸入介質(zhì)膜片設(shè)計為在976nm 波長附近透過率T彡80%,在1580nm波長處透過率T ( 1%，短于1560nm波長處的透過率 T彡10% ；激光腔輸出介質(zhì)膜片設(shè)計為在1580nm波長處透過率1%彡T彡3%，長于1590nm波長處的透過率T ^ 10%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的固體激光器，其特征在于將其中一面或兩面介質(zhì)膜片分別直接鍍在所述的激光晶體的一個或兩個相對端面上。
4.一種1580nm單波長脈沖激光器，其特征在于在權(quán)利要求1的固體激光器的激光晶體和輸出介質(zhì)膜片間插入1580nm波長處的調(diào)Q或鎖模元件，輸出1580nm單波長脈沖激光。
5.如權(quán)利要求4所述的單波長脈沖激光器，其特征在于將所述的激光晶體的一個端面與所述的調(diào)Q或鎖模元件的一個端面粘貼，在激光晶體的另一個端面和調(diào)Q或鎖模元件的另一個端面分別鍍上輸入和輸出介質(zhì)膜片。
6.如權(quán)利要求5所述的單波長脈沖激光器，其特征在于將所述的激光晶體與所述的調(diào)Q或鎖模元件分開。
7.如權(quán)利要求4，5或6所述的單波長脈沖激光器，其特征在于將所述的調(diào)Q和鎖模元件同時置于激光腔中。
全文摘要
一種可用于探測CO和CO2氣體的1580nm單波長固體激光器，屬于固體激光材料和器件領(lǐng)域。采用Er3+和Yb3+雙摻的硼鋁酸鹽激光晶體作為增益介質(zhì)，結(jié)合該晶體在1.5-1.6μm波段良好的激光性能以及在1580nm波長處具有增益峰的特性，通過設(shè)計激光腔的輸入和輸出介質(zhì)膜片透過率，利用976nm附近波段的紅外激光泵浦實現(xiàn)1580nm單波長固體激光輸出。本方法獲得的具有高輸出功率和高光束質(zhì)量的1580nm單波長固體激光，可以用于CO和CO2氣體探測。
文檔編號H01S3/16GK102306899SQ201110241539
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者林炎富, 羅遵度, 陳雨金, 黃建華, 黃藝東, 龔興紅 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所