关于固体激光材料与激光器的发展及应用.doc

固体激光材料与激光器的发展及应用 Y1$ROqn ?3@xB =N4v ?摘? 要：近年来2μm波段室温运行的固体激光器由于在医学、光通讯、激光雷达等方面的重要的应用前景而引起学术界和商业界的广泛关注。本文详细介绍了2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况，阐述了医用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的技术特点，最后提出了应用2μm波段固体激光材料研制大功率激光器的新思路，为同类激光器的研究与应用提供了有利参考，具有一定的指导意义。 %4I E0S( ?关键词：Cr,Tm,Ho:YAG? 2μm波段 钬激光治疗机 激光医疗 /j;)t2PJ4 ?[P!Bk~ ?1、前 言 l+JU a ?与气体激光器相比，半导体泵浦固体激光器具有体积小、重量轻、供电简单、结构紧凑、便于携带、便于维护和操作等优点。现在已用作手术治疗、肌肉组织焊接、牙科治疗、光镇痛和光针灸等领域。2μm波段恰恰处于水分子的吸收峰，输出波长为 2μm的固体激光器是激光手术的最佳波长。与通常的Nd:YAG激光(1.064μm)相比，人体对2μm激光的吸收效果更好，激光切割能力大大提高，尤其对敏感组织，如肝、胃、结肠等软组织的烧蚀利切割效果更加理想。此外石英光纤还可以传播2μm激光，这使得激光传导更加容易。目前半导体激光器泵浦的HoYLF 2.12μm激光器已做成结构紧凑、维护容易、便携式的医用器械。虽然2μm激光器有着如此广泛而重要的应用前景，并且在相应领域已经得到了大范围的应用，但是对于二极管泵浦2μm固体激光器深入的研究并不是伴随着激光器的产生而开始的，其间经历了漫长的过程。 B I5]/WK ?0RrAU7 ?2、国外2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况 jEfnSrwB8 ?（1）Ho:YAG激光器 BX{:[: ?1965年Bell实验室Johnson等人首先报道了Ho:YAG在液氮温度下实现振荡[1]，使用的晶体用熔盐法生长，晶体长度25mm，输出三种不同的激光波长。输出波长2.0975μm时，脉冲阈值为44J；输出波长2.0914μm时，脉冲阈值为1760J；输出波长2.1223μm时，脉冲阈值为410J。高阈值限制了Ho:YAG的应用。 |bb*%E ?（2）Er,Tm,Ho:YAG激光器 B+]CJmpEZ ?Ho:YAG激光器泵浦效率低是由于Ho3+在YAG中只有几条弱吸收线。为了增加对灯泵能量的吸收，1966年Johnson等人采用Er3+和Tm3+来敏化Ho3+，由于它们吸收和传递泵浦能量，液氮温度下得到了5％的闪光灯泵浦效率和15W的连续激光输出[2]。1975年， Beck等人报道了直径4mm，长度70mm的晶体在液氮温度下连续输出50W，斜率效率6.5％，使用钨卤素灯作泵浦源[3]。1981年Barnes等人在液氮温度下实现了脉冲激光振荡和放大，TEM00模输出112mJ，斜率效率1.2％，放大输出235mJ。晶体直径4mm，长度56mm，晶体中Ho3+、Tm3+、Er3+和Y3+分别占0.021、0.037、0.616和0.326[4]。 4Ug~ bX ?（3）Tm,Ho:YAG激光器 )`j lRx] ?1987年Fan等人报道了用波长为781.5二极管激光器泵浦Tm,Ho:YAG获得室温连续输出，阈值4.4mW，斜率效率19％，输出波长2.074μm [5]。1990年Stoneman等人实现了Tm,Ho:YAG在2.09～2.12范围连续可调谐激光输出。晶体用引上法生长，Tm3+和Ho3+的含量分别为8.3×1020cm-3和6.9×1019cm-3。 cY`z, zTx ?（4）Cr,Tm,Ho:YSGG激光器  L @8j` ?1986年Alpatev研制出Cr,Tm,Ho:YSGG（钇钪石榴石）激光晶体，并获得室温灯泵浦脉冲输出能量7.4J,斜率效率3.1％，输出波长2.088μm，并于1988年实现开关运行[6]。其中晶体直径4mm，长度76mm，晶体中Cr3+、Tm3+、Ho3+的含量分别为2.5×1020cm-3、8×1020cm-3、5×1019cm-3。在室温下获得80mJ的电光调输出，此时的泵浦输入为125J，调阈值为60J。在转镜调时，获得280mJ的多峰光脉冲，500的总宽度，脉冲中含5～6个峰，峰-峰间隔2μm，每个峰半宽度为40～50。 zdUFVNaE ?（5）Cr,Tm,Ho:YAG激光器 K-1Ggf)d ?1988年ST Systems公司的Mark E.Storm 采用单椭圆腔,Cr3+、Tm3+、Ho3+浓度分别为2.7at%、5.8at%、0.36at%。晶体直径5mm，长度53mm