[发明专利]一种钬激光增益介质及钬激光器

说明书

本发明公开了一种钬激光增益介质及钬激光器，属于激光技术领域，能够解决现有增益介质中热扩散键合工艺耗时且耗能的问题。所述钬激光增益介质包括：衬底薄片，以及设置在衬底薄片同一表面上的掺Ho部分和掺Tm部分；掺Ho部分和掺Tm部分并排设置、且端面贴合；掺Ho部分为吸收带能覆盖掺Tm部分发射波长、且能输出Ho激光的固态增益介质；掺Tm部分为发射波长位于掺Ho部分共振吸收带、且能输出Tm激光的固态增益介质。本发明用于钬激光增益介质。

技术领域

本发明涉及一种钬激光增益介质及钬激光器，属于激光技术领域。

背景技术

人眼安全稀土钬(Ho)离子掺杂固态激光器的激光波长(2.05～2.2μm)位于大气窗口和分子指纹波段，可以被大量分子(H₂O、N₂O和CO₂)共振吸收，在国防安全、环境监测以及生物医疗等领域有着广泛的应用价值和前景。同时，长于2.1μm的激光波长远离非线性光学晶体磷锗锌(ZGP)和OP:GaAs在2μm附近的截止吸收边，有利于实现高能量/功率的中红外3～5μm激光输出。全固态Ho激光增益介质先后经历了Tm、Ho共掺增益介质、单Ho离子掺杂增益介质和Tm/Ho键合增益介质。其中，由于Tm、Ho共掺增益介质存在严重的合作上转换损耗，难以在室温下实现有效Ho激光输出(最高功率低于1W)，单一Ho离子掺杂增益介质是目前最为主流的Ho激光增益介质，能够实现高光束质量、高功率Ho激光输出，主要有Ho:YAG，Ho:YLF，Ho:YAP和Ho:Y₂O₃等晶体或陶瓷材料。但由于Ho离子没有能够覆盖常规LD在700～800nm波段的吸收带，需要额外造价昂贵、工艺复杂的1.9μm泵浦源如高功率掺Tm全固态或光纤激光器来进行同带泵浦，使得现有的2.1微米Ho激光系统存在体积庞大、造价昂贵等问题。针对主流Ho激光增益介质存在的问题，进一步发展出了能够直接利用常规800nm LD实现高效率Ho激光输出的Tm/Ho键合增益介质，目前，已在Tm/Ho:YAG，Tm/Ho:YLF，Tm/Ho:YVO₄等增益介质上实现了数瓦的连续功率输出。

该增益介质的主要缺点在于掺Tm和掺Ho增益介质必须为同一种工作物质，才能满足晶体扩散键合时的晶格匹配条件。对于具有自然双折射特性，存在单个或两个晶轴的增益介质，还要求掺Tm和掺Ho增益介质必须统一晶体切割方向并且晶轴必须相互平行以实现将掺Tm和掺Ho增益介质进行集成的热扩散键合过程。进一步，扩散键合工艺的过程复杂，需要将掺Tm和掺Ho增益介质用于键合的晶体端面加热到接近晶体的熔化温度以进行热键合。热键合过程对工作环境有严格要求，容易在键合界面引入杂质或缺陷而造成增益介质损耗过增加，使得激光效率降低甚至无法出光。因此，实现Tm/Ho键合增益介质的热扩散键合工艺是一个耗时、耗能的过程，而多段键合则存在成品率低，造价昂贵等问题，其要求掺Tm、掺Ho增益介质必须为同一种材料则限制了Ho激光增益介质设计的自由度或灵活性。

发明内容

本发明提供了一种钬激光增益介质及钬激光器，能够解决现有增益介质中热扩散键合工艺耗时且耗能的问题。

一方面，本发明提供了一种钬激光增益介质，包括：衬底薄片，以及设置在所述衬底薄片同一表面上的掺Ho部分和掺Tm部分；所述掺Ho部分和所述掺Tm部分并排设置、且端面贴合；

所述掺Ho部分为吸收带能覆盖所述掺Tm部分发射波长、且能输出Ho激光的固态增益介质；

所述掺Tm部分为发射波长位于所述掺Ho部分共振吸收带、且能输出Tm激光的固态增益介质。

可选的，所述掺Ho部分中Ho离子的掺杂浓度在0.2at％～2at％之间。

可选的，所述掺Tm部分中Tm离子的掺杂浓度在2at％到8at％之间。

可选的，所述衬底薄片通过粘接剂层与所述掺Ho部分和所述掺Tm部分粘接。

可选的，所述衬底薄片为蓝宝石、YAG和熔石英晶体中的任意一种。