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全固態波導激光材料的研究進展-引言

已有 2082 次閱讀 2016-7-7 09:50 |個人分類:透明陶瓷|系統分類:論文交流|關鍵詞:通信技術,激光器,style,波導,光學| style, 光學, 激光器, 波導, 通信技術

隨著現代光通信技術的快速發展,以光波導為基礎的集成光學器件受到了越來越廣泛的關注。關于波導激光器的構想,在世界上第一臺固體激光器誕生之后不久就出現了。1961年,Snitzer[1]首次將光波導應用于激光增益介質中,成功制備了Nd3+摻雜的波導結構激光玻璃。此后,隨著現代光通信技術的快速發展,以光波導為基礎的集成光學器件受到了越來越廣泛的關注。固體、液體、氣體等工作物質都可以做成波導激光器,其中較為成熟的是CO2波導激光器。波導管只允許低階模通過,輸激光的光束質量好,同時它已實現了數千瓦級的激光輸出,在軍事、工業、醫療等領域得到了廣泛的應用。然而,CO2激光器無法達到很高的轉換效率,大部分能量都以熱能的形式放出,產生熱效應,影響激光輸出功率,同時其體積大、結構復雜、維護困難[2]。經過50多年的探索與研究,全固態激光器取得了突飛猛進的發展,其體積較小、效率高、可靠性強、輸出譜覆蓋率寬,科研人員已在固態激光材料中實現波導結構,并取得了一定成果[3]。Torchia[4]利用飛秒激光寫入技術制備的Nd:YAG條形波導激光陶瓷實現了單模輸出,輸出功率為80 mW,斜率效率高達60%。人眼安全Er:YAG/YAG條形波導激光的激光輸出功率為9.1 W,斜率效率高達92.8%[5]。同時,利用薄膜沉積[6-7]、離子注入[7]、熱鍵合[8]以及飛秒激光寫入[9]等技術已在稀土離子摻雜的YVO4[10]、Y3Al5O3[11]以及Gd3Ga5O12[12]等多種激光基質中制備出了光波導,并實現了激光輸出。固態波導激光器之所以受到如此廣泛的關注,是因為它有著傳統塊體激光器所無法比擬的優勢,其結構緊湊,能夠與泵浦激光二極管(LD)很好地匹配,同時有效地限制光束發散,提高增益介質中的光密度,從而實現低閾值、高功率的激光輸出[13]。此外,將波導層包裹在熱導率高的基質材料中,可及時傳導激光發射中產生的廢熱,保證光束質量,在醫療、軍事、工業等領域非常具有發展前景。美國Raytheon公司已制備出了高增益,輸出功率為16 kWYb:YAG平面波導激光器[14],并預測平板波導結構激光陶瓷有望在小型、高效、固體激光武器上得到應用。隨著近年來波導激光器的發展,針對不同的應用需求,波導結構的設計更加多元化,對于不同的激光材料,波導結構的制備技術各有千秋。

:摘選自“李江,葛琳,周智為,潘裕柏,馮錫淇,郭景坤. 全固態波導激光材料的研究進展(綜述).硅酸鹽學報,2015, 43(1): 48-59.”。

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