端面泵浦Yb∶YAG表层掺杂陶瓷板条激光器

陈一豪,梁兴波,陈念江,李 宁,贾佑权

(固体激光技术重点实验室,北京 100015)

1 引 言

激光技术在医学治疗、精密增材制造、高能物理研究中均有广泛应用,其中固体激光器由于其高功率、高光束质量、体积小、易集成等优点,是该领域中的研究热点。其中,为了获取高性能、高光束质量的激光器,对于激光增益材料也提出了更高的要求。晶体和玻璃作为传统增益介质已无法满足现阶段的需求,透明激光陶瓷的出现为固体激光的提升具有更优异的特性:制作周期短、可掺杂浓度高、可满足复杂构型及大尺寸制备,因而近年来作为高功率固体激光增益材料被国内外广泛关注、研究[1-5]。

在20世纪80年代,由于Nd∶YAG晶体在激光领域的优良表现,科学家开始聚焦于Nd∶YAG陶瓷的研究[6-8]。而Yb∶YAG由于其优良的激光特性,也是激光陶瓷研究领域的一大热点。1995年,Ikesue等[9]利用掺杂浓度为1.1 at %的Nd∶YAG陶瓷首次实现了波长为1064 nm的激光输出,抽运阈值为309 mW,其斜率效率为28 %。2003年,Takaichi等[10]首次实现了Yb∶YAG陶瓷的连续激光输出,最高输出功率为345 mW,斜率效率为28 %。随着研究进展,以及制作工艺的提升,为了获取更高输出功率、更高光束质量的激光输出,提出了多种的激光陶瓷构型。2008年,Li等[11]利用多层复合Nd∶YAG陶瓷实现了8 mW连续激光输出。经过Liu等[12]的优化,最终基于复合棒状Nd∶YAG陶瓷实现了20.3 W的连续激光输出,斜率效率为10.1 %。2011年,Furuse等[13]基于Zig-Zag光路提出一种新型复合Yb∶YAG陶瓷板条激光器,通过液氮进行散热,实现了214W的连续输出,其斜率效率为63 %。2016年Liu等[14]实现了基于平面波导型Nd∶YAG陶瓷的高重频脉冲激光输出,峰值功率为1308W。……