[01694974]基于掺钕介质的多波长固体激光

本成果得到了国家自然科学基金、山东大学自主创新基金、晶体材料国家重点实验室基金的支持。单色性是激光的一个基本特性。近年来,由于多波长激光在太赫兹波产生、彩色显示、医疗、光学拍频、遥感等领域的重要应用,引起人们越来越多的兴趣,已经成为激光领域的研究热点。我们通过腔镜膜系、选频元件、晶体种类及切向等环节的设计,在多种钕掺杂固体激光介质中实现了多波长同时输出,包括高级对称性的Nd:YAG晶体、Nd:YAG陶瓷、Nd:GGG晶体、Nd:YGG晶体,中级对称性的Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体,以及低级对称性的Nd:LSO晶体、Nd:LYSO晶体等,各频率成分的输出功率都达到瓦级以上。本成果具有以下创新： ①材料多样：在各种对称性的10余种激光材料中实现了双波长或三波长的高效、大功率运转。如Nd:LYSO晶体1076、1079nm双波长连续输出总功率达到10.3W,光光转换效率和斜效率分别为50.2%、54.8%;Nd:YAG陶瓷1319nm、1338nm双波长连续输出功率分别达到2.56W、3.36W,光-光转换效率为29%。 ②手段新颖：创造出多种新型技术实现多波长输出,如将各向异性晶体沿非主平面切割,利用Nd:YAG 陶瓷的高增益实现免镀膜激光介质的1064nm、1319nm、1338nm 三波长高效输出,Cr:YAG 在被动调Q 的同时用作选频元件等。 ③理论探索：近年来,许多无序晶体被用作多波长运转的激光材料,由于这类晶体含有不同对称性的多个发射心,因此易于实现多波长运转。虽然如此,由于不同波长的频率相近,难于采用腔镜设计的传统方法控制相互之间的比例及偏振态,也难于实现单一波长输出,这些缺点给其应用带来限制。基于这种情况,我们摒弃了沿主轴加工激光晶体的传统思路,利用Nd:LiGd（MoO4）2晶体激光发射的各向异性,首次用选择切向的简单方法实现了激光发射的自由控制（即单、双波长运转状态可调,双波长比例和偏振可调）,从而成功解决了无序激光晶体单波长输出的难题,相信会对无序晶体及多波长激光的发展产生重要影响。此外,我们在多篇论文中针对不同材料从理论上研究了单波长和多波长运转的条件,指导实验实现了一些非常见激光波长的高功率输出,如Nd:LYSO 晶体1076nm单波长输出7.56W,Nd:YAG 陶瓷1052nm单波长输出6.19W,Nd:YGG 晶体1110nm 单波长输出2.1W,Nd:GdVO4晶体1083nm 单波长输出10.1W,转换效率31.3%,半小时内功率涨落仅为1.7%。 ④开发新应用：发现并瞄准一些特殊的实际应用,进行多波长运转的设计和研究,如将Nd:YAG 晶体的1174nm、1112nm双波长输出用于一氧化碳中毒的血液检测,将Nd:GdVO4晶体的1063nm、1083nm双波长输出用于毛细管扩张和酒红斑的治疗等。