一、研究背景

翠綠寶石晶體（Alexandrite，Cr3+:BeAl2O4）是一種在近紅外波段性能優(yōu)良的寬帶可調(diào)諧激光放大和增益的介質(zhì)。翠綠寶石晶體存在兩個(gè)寬帶吸收譜和兩個(gè)窄帶吸收譜。在室溫時(shí)，翠綠寶石激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為701~858 nm，通過(guò)單次或多次非線性頻率變換即可獲得紫外和深紫外激光，在科學(xué)研究及工業(yè)等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

抽運(yùn)光能量被翠綠寶石晶體吸收后，除了產(chǎn)生振蕩激光外還有相當(dāng)一部分能量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的熱能。當(dāng)抽運(yùn)光功率、晶體周?chē)鋮s環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，晶體內(nèi)部會(huì)形成相對(duì)穩(wěn)定的溫度梯度分布。此時(shí)不僅晶體端面會(huì)發(fā)生熱形變，晶體內(nèi)部折射率也會(huì)發(fā)生改變。這都將會(huì)引起晶體的熱聚焦，即熱透鏡效應(yīng)（簡(jiǎn)稱熱效應(yīng)）。翠綠寶石晶體的熱效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響輸出激光效率、諧振腔的穩(wěn)定性及輸出激光束質(zhì)量等。中國(guó)科學(xué)院微電子研究所激光光子團(tuán)隊(duì)基于翠綠寶石晶體作為激光增益介質(zhì)，使用高功率光纖耦合輸出紅光LD作為泵浦源，兩鏡直腔為對(duì)象，重點(diǎn)理論及實(shí)驗(yàn)研究翠綠寶石激光器中的熱透鏡效應(yīng)，旨在發(fā)現(xiàn)有效減少熱效應(yīng)影響的方法，實(shí)現(xiàn)高性能的翠綠寶石全固態(tài)激光輸出。

二、創(chuàng)新工作

翠綠寶石晶體的熱效應(yīng)很大程度上會(huì)限制翠綠寶石激光器在激光加工、激光醫(yī)療及激光探測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)建立了翠綠寶石晶體的熱傳導(dǎo)模型，通過(guò)合理設(shè)定邊界條件并求解相應(yīng)的熱傳導(dǎo)方程，對(duì)造成熱效應(yīng)的三個(gè)因素（溫度梯度、端面形變、應(yīng)力雙折射）進(jìn)行了分析，并計(jì)算了相應(yīng)因素下熱焦距?1 、?2、?3的理論值，得出在綜合熱焦距中這三個(gè)因素影響的比重是?1>?2> ?3。

基于翠綠寶石晶體熱焦距測(cè)量光路，利用諧振腔的臨界穩(wěn)定條件，對(duì)晶體的熱焦距進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)際熱焦距隨著Pin的增加而不斷減少，且實(shí)驗(yàn)測(cè)得的熱焦距與理論計(jì)算值基本一致，證明通過(guò)諧振腔的臨界穩(wěn)定狀態(tài)測(cè)量F-P腔的熱焦距是可行的。該測(cè)量方法具有簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過(guò)多次測(cè)量求平均值，把誤差縮小到可接受的范圍內(nèi)，測(cè)量方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

圖1 翠綠寶石晶體熱焦距測(cè)量光路示意圖

最后，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量翠綠寶石晶體熱焦距之后，基于基模激光直徑隨熱焦距及泵浦功率的變化情況，詳細(xì)研究了在熱效應(yīng)的復(fù)雜影響下三種不同腔長(zhǎng)時(shí)輸入-輸出曲線中的凹陷現(xiàn)象。在L1較小的F-P諧振腔中，諧振腔處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，熱焦距f大于后腔長(zhǎng)L2；諧振腔處于臨界穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，熱焦距f等于后腔長(zhǎng)L2。由于熱焦距會(huì)隨抽運(yùn)功率的增加而不斷減少，所以，在L1較小時(shí)只要保證L2小于最大抽運(yùn)功率時(shí)的熱焦距fmin，就可以實(shí)現(xiàn)翠綠寶石激光器在整個(gè)抽運(yùn)功率范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出，且輸出功率隨抽運(yùn)功率的增加不斷增大。

圖2 不同L2時(shí)Pout與Pin的變化曲線圖

三、總結(jié)

通過(guò)對(duì)翠綠寶石激光熱效應(yīng)的研究，可有效減少其對(duì)激光性能的影響，獲得穩(wěn)定的激光輸出。后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化研究成果，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)非線性頻率變換等技術(shù)，進(jìn)一步獲得實(shí)用化的紫外及深紫外激光輸出。

參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

您好，可以免費(fèi)咨詢技術(shù)客服[Daisy]

 筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司 

歡迎大家給我們留言，私信我們會(huì)詳細(xì)解答，分享產(chǎn)品鏈接給您。

免責(zé)聲明：

資訊內(nèi)容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，目的在于傳遞信息，提供專業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站及新媒體平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如對(duì)文、圖等版權(quán)問(wèn)題存在異議的，請(qǐng)聯(lián)系我們將協(xié)調(diào)給予刪除處理。行業(yè)資訊僅供參考，不存在競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)濟(jì)利益。