掺稀土硼酸镧镁晶体激光性能研究

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本文基于首次生长获得的掺稀土硼酸盐晶体Nd∶LaMgB5O10展开研究工作,介绍并分析了该晶体的生长、结构、热性能以及光谱特性。LaMgB5O10晶体拥有独特的[B5O10]5-层状结构,激活离子掺杂后不易发生浓度猝灭。晶体在300K温度下的热导率为5.01 W/m/K,与传统激光晶体Nd∶YVO4的热导率相当。同时,晶体的吸收峰波长为799 nm,较宽的吸收半高宽对LD泵浦十分有利。依据Nd∶LaMgB5O10晶体的多格位结构易于产生双波长激光的特点,我们开展了Nd∶LaMgB5O10晶体双波长激光的研究。  本研究从理论上分析了双波长激光的实现条件,设计了合理的LD泵浦、Nd∶LaMgB5O10晶体作为激光介质的激光谐振腔,首次获得了1051.8 nm和1081.4 nm的正交偏振双波长激光。在泵浦吸收功率14.8 W时,获得最大的双波长输出功率值为5.1 W,对应的泵浦光到激光的转化效率和斜率效率分别为34.5%和42.5%。同时,通过微调激光器输出镜的倾角可以实现两个波长输出功率比例的调节,并且获得了总功率4.2 W的均衡双波长输出。针对实验中高功率泵浦下激光效率降低的情况,分析了晶体产生的热效应,通过采用斩波泵浦的方式进一步缓解晶体的热效应,激光斜率效率提高到52%。通过光电导天线技术,该双波长激光有望成为实现7.8 THz的太赫兹光源。 Nd∶LaMgB5O10晶体的最强发射谱峰为1052nm,与磷酸盐玻璃的发射峰匹配较好。我们应用该晶体还开展了1052 nm连续、被动调Q的激光实验研究。实现了1052nm连续运转的高功率激光输出,最大输出功率达到5.37 W,相应的光-光转换效率为36.4%,斜率效率41.4%。激光的阈值较低,约1.17 W。在Cr∶YAG被动调Q运转下,激光最大输出平均功率1.98W,调Q频率为54.8 kHz,相应的脉冲宽度为28.5 ns,单脉冲功率达到1.27 kW。与目前大功率玻璃激光器的标准振荡器中使用的Nd∶YLF激光晶体相比,Nd∶LaMgB5O10晶体抗机械热损伤能力强,在高功率泵浦下激光运转稳定,可望用于大功率玻璃激光器的主振荡器。
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