引用本文:
马建立,张玲,甘新昌,等. 基于Nd:YAG陶瓷的被动锁模激光器研究[J]. 光通信技术,2021,45(10):7-9.
马建立1,张 玲2,甘新昌1,栾志浩3,李星星4,郭伟钦4,李宏峰3*
(1.深圳光韵达光电科技股份有限公司,广东 深圳 518057;2.中国科学院半导体研究所 中国科学院半导体材料科学重点实验室,北京 100083; 3.北京印刷学院 机电工程学院,北京 102600;4.五邑大学 数字光芯片联合实验室,广东 江门 529020)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:Nd:YAG陶瓷具有可大尺寸、低成本制备的特点,但基于Nd:YAG陶瓷的锁模激光器尚未得到大量验证。采用Nd:YAG陶瓷作为增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,优化设计了W型谐振腔。在泵浦功率为11.49 W时,获 得了波长为1.06 μm、重复频率为144 MHz和输出平均功率为1.25 W的稳定连续锁模激光,锁模激光的脉冲宽度为 33.6 ps,单脉冲能量为8.7 nJ,峰值功率为0.26 kW。实验结果表明:Nd:YAG陶瓷作为增益介质,可应用于被动锁模超快皮秒激光器中。
关键词:激光二极管泵浦;Nd:YAG陶瓷;被动锁模;皮秒脉冲;激光器
中图分类号:TH248.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)10-0007-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.002
0 引言
由于激光技术的广泛应用,21世纪被誉为“激光加工时代”。在高端激光精密加工中,相比于连续波和纳秒脉冲激光,皮秒超快激光具有与物质作用时间短、峰值功率高和加工精细度高等优点,在智能手机屏幕切割、手机摄像头切割、半导体晶圆切割、微孔加工和硬脆玻璃等透明材料加工领域,具有非常重要的应用前景[1-9]。锁模是获得皮秒脉冲激光的有效方法之一。相比于主动锁模,被动锁模具有结构简单、成本低等优点,被动锁模技术是在工业中被广泛应用的重要技术之一[10-13]。
Nd:YAG晶体是被动锁模激光器中常用的固体激光晶体之一,然而Nd:YAG晶体的生长周期长、制备成本较高。与Nd:YAG晶体相比,Nd:YAG陶瓷具有可高掺杂、易于大尺寸制备、制备周期短和制造成本低等优点,成为激光领域的研究热点[14]。2004年,杨成伟等人[15]研制出激光二极管(LD)泵浦的Nd:YAG陶瓷微型激光器件,当泵浦功率为1.5 W时,获得了516 mW的1064 nm连续激光输出。2009年,兰瑞君等人[16]报导了LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷、磷酸氧钛钾(KTP)腔内倍频的全固态连续波绿光激光器,当泵浦功率为21.6 W时,1064 nm基频输出为11.3 W,采用KTP晶体腔内倍频,获得了1.86 W的532 nm绿光输出。2010年,马庆磊等人[17]研究了808 nm侧面泵浦国产Nd:YAG陶瓷棒的激光输出特性,当泵浦功率为60 W时,获得了21.6 W的1064 nm连续激光输出,光-光转换效率为36 %,并通过对比实验得出Nd:YAG陶瓷的性能已经接近于Nd:YAG晶体。2012年,吴昊等人[18]采用Nd:YAG陶瓷,在泵浦功率为145 W、谐振腔输出耦合镜透过率为20%时,获得了44.28 W的1064 nm连续激光输出,腔内插入Cr4+:YAG晶体作为被动调Q开关,在124 W 泵浦功率下,获得了重频为10.03 kHz,平均功率为4.62 W的准连续激光输出。2017年,李密等人[19]制作了双浓度掺杂的Nd:YAG复合陶瓷板条,当二极管总泵浦功率为18.06 kW时,通过双程放大提取了7.08 kW的激光功率,光-光转换效率高达39.2%,单程传输的退偏振约为3.2%。但是,关于Nd:YAG陶瓷的超快激光研究较少。本文研究基于Nd:YAG陶瓷的被动锁模皮秒激光特性。
3 结束语
本文采用0.6a%掺杂的Nd:YAG陶瓷,在泵浦功率为11.49 W时,获得了波长为1.06 μm、重复频率为144 MHz以及平均输出功率为1.25 W的连续锁模激光,锁模激光脉冲宽度为33.6 ps,单脉冲能量为8.7 nJ,峰值功率为0.26 kW。随着Nd:YAG陶瓷制备技术的不断提高,可以获得更高输出功率和转换效率的锁模激光。该研究验证了Nd:YAG陶瓷在超快激光器中应用的可行性,后续可采用Nd:YAG陶瓷进行激光功率放大,获得满足工业加工应用的高功率超快激光;同时,该研究为发挥Nd:YAG陶瓷制备的大尺寸、低成本特点,降低工业超快激光器成本,进一步推广Nd:YAG陶瓷在工业皮秒激光器中的应用具有重要意义。