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全固态波导激光材料的研究进展-引言

已有 2924 次阅读 2016-7-7 09:50 |个人分类:透明陶瓷|系统分类:论文交流| style, 光学, 激光器, 波导, 通信技术

随着现代光通信技术的快速发展,以光波导为基础的集成光学器件受到了越来越广泛的关注。关于波导激光器的构想,在世界上第一台固体激光器诞生之后不久就出现了。1961年,Snitzer[1]首次将光波导应用于激光增益介质中,成功制备了Nd3+掺杂的波导结构激光玻璃。此后,随着现代光通信技术的快速发展,以光波导为基础的集成光学器件受到了越来越广泛的关注。固体、液体、气体等工作物质都可以做成波导激光器,其中较为成熟的是CO2波导激光器。波导管只允许低阶模通过,输激光的光束质量好,同时它已实现了数千瓦级的激光输出,在军事、工业、医疗等领域得到了广泛的应用。然而,CO2激光器无法达到很高的转换效率,大部分能量都以热能的形式放出,产生热效应,影响激光输出功率,同时其体积大、结构复杂、维护困难[2]经过50多年的探索与研究,全固态激光器取得了突飞猛进的发展,其体积较小、效率高、可靠性强、输出谱覆盖率宽,科研人员已在固态激光材料中实现波导结构,并取得了一定成果[3]Torchia[4]利用飞秒激光写入技术制备的Nd:YAG条形波导激光陶瓷实现了单模输出,输出功率为80 mW,斜率效率高达60%。人眼安全Er:YAG/YAG条形波导激光的激光输出功率为9.1 W,斜率效率高达92.8%[5]。同时,利用薄膜沉积[6-7]、离子注入[7]、热键合[8]以及飞秒激光写入[9]等技术已在稀土离子掺杂的YVO4[10]Y3Al5O3[11]以及Gd3Ga5O12[12]等多种激光基质中制备出了光波导,并实现了激光输出。固态波导激光器之所以受到如此广泛的关注,是因为它有着传统块体激光器所无法比拟的优势,其结构紧凑,能够与泵浦激光二极管(LD)很好地匹配,同时有效地限制光束发散,提高增益介质中的光密度,从而实现低阈值、高功率的激光输出[13]。此外,将波导层包裹在热导率高的基质材料中,可及时传导激光发射中产生的废热,保证光束质量,在医疗、军事、工业等领域非常具有发展前景。美国Raytheon公司已制备出了高增益,输出功率为16 kWYb:YAG平面波导激光器[14],并预测平板波导结构激光陶瓷有望在小型、高效、固体激光武器上得到应用。随着近年来波导激光器的发展,针对不同的应用需求,波导结构的设计更加多元化,对于不同的激光材料,波导结构的制备技术各有千秋。

:摘选自“李江,葛琳,周智为,潘裕柏,冯锡淇,郭景坤. 全固态波导激光材料的研究进展(综述).硅酸盐学报2015, 43(1): 48-59.”。

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