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室温下Tm：YLF泵浦的Ho：YAG激光器 X.J. Cheng, 1 J.Q. Xu, 1,2,? M.J. Wang, 1 B.X. Jiang, 3 W.X. Zhang, 3 and Y.B. Pan 摘要：本文报道了Ho：YAG陶瓷激光器。Ho：YAG陶瓷板是由中心波长为1.91μm的Tm：YLF泵浦的。在室温下，掺杂浓度为1%的Ho：YAG板得到了1.2W的2.09μm激光，泵浦功率为5W，斜效率42.6%，转换效率24%。 1.引言 由于输出波长在人眼安全范围，Ho激光在远程遥感，雷达和医学中得到重要的应用。此外，高峰值功率的Ho激光可以作为3-5μm中红外光参量振荡器的泵浦源。 不幸的是，Ho3+没有与商业二极管发射波长相对应的吸收带。其中一个方案就是用Tm激光泵浦Ho激光。跟Tm，Ho共掺杂激光器相比，由于具有较低的量子亏损，Tm激光泵浦的Ho激光更容易获得高光束质量。由于TM激光与Ho激光的吸收带相匹配，和足够的泵浦能量，Tm激光成为了Ho激光最有效的泵浦源。对腔内Tm：YLF或Tm：YAG泵浦的Ho：YAG也曾有报道。受到增长方式的限制，很难获得高掺杂浓度的大块晶体。然而，陶瓷可以很容易地获得大体积、高掺杂浓度。在A. Ikesue首次报道了Nd：YAG陶瓷之后，不同激活离子和基质的激光相继报道出来。此外，最近也有了被动调Q和锁模陶瓷激光器的报道。随着陶瓷烧结技术的发展，可以获得2μm波段低散射损耗H. Hazama报道了Tm，Ho：YAG陶瓷调Q激光器泵浦的中红外光参量振荡器。在我们的初步工作中，搭建了一台半导体端泵Tm：YAG陶瓷激光器。 本文我们报道了一台Tm：YLF激光器端泵的Ho：YAG激光器，得到了最大功率为1.2W的2.09μm激光，泵浦功率5W。 2.光谱学 本文所用的Ho：YAG是上海硅酸盐研究所生长的。图1给出了室温下陶瓷Ho：YAG在掺杂浓度在1%和3%时从1800nm到2000nm的受激吸收谱。在1.91μm处的强吸收峰恰巧与Tm:YLF激光的波长相匹配。图3给出了室温下掺杂浓度为3%的陶瓷Ho：YAG从1800nm到2000nm的荧光谱线。受激辐射的谱线半宽度为80ns，中心波长在2.09μm附近。 3.激光实验和结果 在我们的早期实验中，设计了一台半导体端泵快轴准直Tm：YLF激光器，如图3所示。Tm：YLF掺杂浓度3.5%，沿a轴切割，尺寸为1×6×12 mm。用焦距均为90mm的两个平凸柱面镜和一个平凸球面镜建立快轴准直LD系统。结构紧凑的平凹腔由M1和M2构成，用于Tm：YLF平板激光器。全反镜M1镀792±15nm增透膜，1910±25nm全反膜，输出镜对1910±25nm的反射率为80%。Tm：YLF激光器最大输出功率7.26W，中心波长1.91μm。 Tm：YLF激光经两个焦距80mm的球面镜整形。M3和M4镀1910±25nm全反膜，这个近似的平凹腔用于Ho：YAG陶瓷激光器。全反镜M5镀1910±15nm增透膜，2100±25nm全反膜。输出镜M2对2100±25nm的反射率为95%和98%。Tm：YLF晶体和Ho：YAG陶瓷均包裹在铜散热片中，冷却水温15℃。Ho：YAG陶瓷端面均镀2100±25nm和1910±25nm的增透膜。 掺杂浓度1%的陶瓷Ho：YAG激光器的输出功率曲线如图4所示。在5W的泵浦功率下，输出镜透过率为5%和2%时对应的输出功率分别为1.2W和0.6W，斜效率分别为42.6%和17.4%，阈值分别为1.52W和2.16W。由于陶瓷中的散射损耗，Ho：YAG陶瓷的斜效率比Ho:YAG晶体要低。对于掺杂浓度3%的Ho：YAG陶瓷，在同样的泵浦功率下我们没有获得激光输出。主要原因可能因为3%的Ho：YAG陶瓷对2090nm的透过率低于1%的Ho：YAG陶瓷。图5分别给出了厚度为5mm，掺杂浓度分别为1%和3%的Ho：YAG在2040nm到2160nm的透过率。在2090nm处，1%Ho：YAG陶瓷的透过率为74.5%，比3%Ho：YAG陶瓷要高得多（56.8%）。 图6 1%Ho：YAG陶瓷激光输出谱线 图6给出了输出镜反射率为95%时输出1.2W激光的激光光谱。Ho：YAG陶瓷的中心波长为2090nm，和Ho：YAG晶体相似，谱线宽度为6nm。 4.总结 最终我们实现了一台掺杂浓度1%的Ho：YAG激光器。在室温下得到中心波长为2090nm的1.2W连续输出，斜效率42.6%。实验结果表明Ho：YAG晶体适合作为2μm激光器的材料。可以通过增强Ho：YAG的透过率，优化光学设计来得到更高的输出功率和光-光转换效率。 References [1] S.W. Henderson, C.P. Hale,