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1、室温下 Tm：YLF 泵浦的 Ho：YAG 激光器X.J. Cheng, 1 J.Q. Xu, 1,2, M.J. Wang, 1 B.X. Jiang, 3 W.X. Zhang, 3 and Y.B. Pan摘要：本文报道了 Ho：YAG 陶瓷激光器。Ho：YAG 陶瓷板是由中心波长为1.91m 的 Tm：YLF 泵浦的。在室温下，掺杂浓度为 1%的 Ho：YAG 板得到了 1.2W 的 2.09m 激光，泵浦功率为 5W，斜效率 42.6%，转换效率 24%。1.引言由于输出波长在人眼安全范围，Ho 激光在远程遥感，雷达和医学中得到重要的应用。此外，高峰值功率的 Ho 激光可以作为 3-
2、5m 中红外光参量振荡器的泵浦源。不幸的是，Ho 3+没有与商业二极管发射波长相对应的吸收带。其中一个方案就是用 Tm 激光泵浦 Ho 激光。跟 Tm，Ho 共掺杂激光器相比，由于具有较低的量子亏损，Tm 激光泵浦的 Ho 激光更容易获得高光束质量。由于 TM 激光与Ho 激光的吸收带相匹配，和足够的泵浦能量，Tm 激光成为了 Ho 激光最有效的泵浦源。对腔内 Tm：YLF 或 Tm：YAG 泵浦的 Ho：YAG 也曾有报道。受到增长方式的限制，很难获得高掺杂浓度的大块晶体。然而，陶瓷可以很容易地获得大体积、高掺杂浓度。在 A. Ikesue 首次报道了 Nd：YAG 陶瓷之后，不同激活离子和
3、基质的激光相继报道出来。此外，最近也有了被动调 Q 和锁模陶瓷激光器的报道。随着陶瓷烧结技术的发展，可以获得 2m 波段低散射损耗的透明陶瓷。H. Hazama 报道了 Tm，Ho：YAG 陶瓷调 Q 激光器泵浦的中红外光参量振荡器。在我们的初步工作中，搭建了一台半导体端泵 Tm：YAG 陶瓷激光器。本文我们报道了一台 Tm：YLF 激光器端泵的 Ho：YAG 激光器，得到了最大功率为 1.2W 的 2.09 m 激光，泵浦功率 5W。2.光谱学本文所用的 Ho：YAG 是上海硅酸盐研究所生长的。图 1 给出了室温下陶瓷Ho：YAG 在掺杂浓度在 1%和 3%时从 1800nm 到 2000n
4、m 的受激吸收谱。在1.91m 处的强吸收峰恰巧与 Tm:YLF 激光的波长相匹配。图 3 给出了室温下掺杂浓度为 3%的陶瓷 Ho：YAG 从 1800nm 到 2000nm 的荧光谱线。受激辐射的谱线半宽度为 80ns，中心波长在 2.09m 附近。3.激光实验和结果在我们的早期实验中，设计了一台半导体端泵快轴准直 Tm：YLF 激光器，如图 3 所示。Tm：YLF 掺杂浓度 3.5%，沿 a 轴切割，尺寸为 1612 mm。用焦距均为 90mm 的两个平凸柱面镜和一个平凸球面镜建立快轴准直 LD 系统。结构紧凑的平凹腔由 M1 和 M2 构成，用于 Tm：YLF 平板激光器。全反镜 M1
5、镀 79215nm 增透膜，191025nm 全反膜，输出镜对 191025nm 的反射率为80%。 Tm：YLF 激光器最大输出功率 7.26W，中心波长 1.91m。Tm：YLF 激光经两个焦距 80mm 的球面镜整形。M3 和 M4 镀 191025nm全反膜，这个近似的平凹腔用于 Ho：YAG 陶瓷激光器。全反镜 M5 镀191015nm 增透膜，210025nm 全反膜。输出镜 M2 对 210025nm 的反射图 1 掺杂浓度为 1%和 3%的陶瓷 Ho：YAG 的吸收谱图 2 3%Ho：YAG 陶瓷的发射谱率为 95%和 98%。Tm：YLF 晶体和 Ho：YAG 陶瓷均包裹在铜
6、散热片中，冷却水温 15。Ho：YAG 陶瓷端面均镀 210025nm 和 191025nm 的增透膜。掺杂浓度 1%的陶瓷 Ho：YAG 激光器的输出功率曲线如图 4 所示。在 5W 的泵浦功率下，输出镜透过率为 5%和 2%时对应的输出功率分别为 1.2W 和0.6W，斜效率分别为 42.6%和 17.4%，阈值分别为 1.52W 和 2.16W。由于陶瓷中的散射损耗，Ho：YAG 陶瓷的斜效率比 Ho:YAG 晶体要低。对于掺杂浓度 3%的Ho：YAG 陶瓷，在同样的泵浦功率下我们没有获得激光输出。主要原因可能因为 3%的 Ho：YAG 陶瓷对 2090nm 的透过率低于 1%的 Ho：
7、YAG 陶瓷。图5 分别给出了厚度为 5mm，掺杂浓度分别为 1%和 3%的 Ho：YAG 在 2040nm到 2160nm 的透过率。在 2090nm 处，1%Ho：YAG 陶瓷的透过率为 74.5%，比3%Ho： YAG 陶瓷要高得多（56.8%）。表 1 实验中 Tm：YLF 晶体和 Ho：YAG 陶瓷的性质图 3 Tm：YLF 泵浦的 Ho：YAG 激光器装置图图 4 1%Ho：YAG 陶瓷对泵浦光的吸收和输出曲线关系图图 5 1%和 3%Ho：YAG 陶瓷跃迁随厚度变化曲线图 6 1%Ho：YAG 陶瓷激光输出谱线图 6 给出了输出镜反射率为 95%时输出 1.2W 激光的激光光谱。
8、 Ho：YAG 陶瓷的中心波长为 2090nm，和 Ho：YAG 晶体相似，谱线宽度为 6nm。4.总结最终我们实现了一台掺杂浓度 1%的 Ho：YAG 激光器。在室温下得到中心波长为 2090nm 的 1.2W 连续输出，斜效率 42.6%。实验结果表明 Ho：YAG 晶体适合作为 2m 激光器的材料。可以通过增强 Ho：YAG 的透过率，优化光学设计来得到更高的输出功率和光-光转换效率。References1 S.W. Henderson, C.P. Hale, J.R. Magee, M.J. Kavaya, and A.V. Huffaker, Opt. Lett. 16, 773 (
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