1 西安文理学院 机械与材料工程学院，西安
2 西安电子科技大学 光电工程学院，西安
3 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京
介绍了一款465 nm蓝光激光二极管泵浦的自启动皮秒钛宝石激光器。该激光器采用双侧泵浦结构，弥补了模式匹配的不足，充分利用了低掺杂浓度、长通光长度的钛宝石晶体，当泵浦功率为7 W时，获得了718 mW的连续光输出，且未观测到明显的泵浦诱导损耗现象。在SESAM的辅助下，获得371 mW、6 ps的可自启动的被动锁模输出，而且10 h内输出功率的RMS值小于0.5%。
激光二极管 钛宝石 自启动 皮秒 被动锁模 laser diode Ti:sapphire self-starting picosecond passive mode-locking
1 山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
2 山西大学, 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
全固态连续单频455 nm 蓝色激光与铯原子高能态跃迁吸收线62S1/272P3/2相匹配, 是发展远距离水下量子通讯的重要光源。且455 nm 激光还对应于钡离子138Ba2+的跃迁能级6S1/26P3/2, 应用于量子计算领域, 有利于减小量子计算及精密测量的系统误差。本文设计了内腔倍频式全固态高功率连续单频455 nm 蓝光钛宝石激光器, 优化了激光器谐振腔结构与激光振荡阈值, 采用准相位匹配的MgO:PPSLT晶体作为内腔倍频器, 当绿光泵浦功率为11.5 W 时, 获得了最高输出功率为427 mW 的单频455 nm 蓝色激光, 光光转换效率为3.7%, 蓝光光束质量M2因子优于1.18。
水下量子通讯 455 nm 蓝光钛宝石激光器 单频 underwater quantum communication 455 nm blue Ti:sapphire laser single frequency
强激光与粒子束
2021, 33(11): 111008
中国科学院上海光学精密机械研究所, 中国科学院强激光材料重点实验室, 上海 201800
钛宝石 (Ti:Al2O3) 激光晶体具有高硬度、高热导、宽带吸收、宽带发射等性能特点, 广泛应用于可调谐、高功率和超快激光领域。近年来, 钛宝石晶体的生长技术、基础理论分析和器件化应用都得到了极大的发展, 对其进行的研究也越来越深入、广泛。综述了钛宝石晶体材料研究和应用的主要进展。
材料 钛宝石晶体 性能 晶体生长方法 残余红外吸收 器件应用 material titanium doped sapphire crystal characteristics crystal growth method residual infrared absorption device application
1 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
2 天通银厦新材料有限公司，银川 750001
3 天通控股股份有限公司，海宁 314412
采用泡生法生长了115 kg级大尺寸钛宝石(Ti∶Al2O3)晶体，晶体外形完整无开裂，制备了口径达300 mm的高质量大口径钛宝石单晶样品。在X射线和α粒子激发下测试了晶体的闪烁发光性能。结果表明,Ti∶Al2O3晶体的闪烁发光包含近红外和近紫外发光。近红外发光来源于Ti3+特征发射，效率较高，衰减时间慢。近紫外发光来源于Ti局域激子发光和F+心发光，具有较快的衰减时间，其光输出与掺杂导致的自吸收有关。α粒子激发下，光产额达到1 130.5 pe/MeV，其中快成分光产额为29.6 pe/MeV。
钛宝石 单晶生长 泡生法 闪烁发光性能 Ti∶Al2O3 single crystal growth Kyropoulos method scintillation luminescence property
1 中国科学院固体激光重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 哈尔滨工业大学信息光电子研究所，山东 威海 264209
通过一种脉冲钛蓝宝石激光器抽运铷蒸汽激光器，研究了抽运铷蒸汽激光器的动力学特性。铷蒸汽泡在室温下充满70 kPa甲烷和6 atm氦气。激光器的平均输出功率为208 mW，从吸收的779.8 nm泵浦光到795 nm激光的转换效率为19%。该激光器的峰值功率为693 W，重复率为3 kHz, 脉冲宽度(FWHM)100 ns。实验表明，在高泵浦光强DPALs中，Rb-He-CH4混合物的再吸收将是一个重要的限制。可以推导出在418 K时(缓冲气体：70 kPa甲烷和6 atm氦气，室温)，泵浦源LDs的线宽为0.9 nm时，Rb-He-CH4系统的泵浦强度阈值大于200.6 kW/cm2。
碱金属激光器 铷 钛宝石泵浦激光器 alkali laser rubidium Ti-sapphire pump laser 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200114
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
针对钛宝石晶体表面低损伤加工进行了系统研究, 在CCOS数控小磨头抛光机上进行了正交实验, 选用不同的抛光液对钛宝石进行化学机械抛光, 有效去除精磨阶段的亚表面损伤, 实验证明SiO2硅溶液作为磨料的抛光效果好, 适合作为钛宝石加工的抛光液。研究了抛光盘种类、抛光盘压力、抛光盘速度、硅溶胶稀释浓度这四个因素和钛宝石晶体表面粗糙度和表面疵病的关系, 并获得钛宝石低缺陷加工过程中工艺参数的影响规律。按照优化后的工艺参数进行实验, 获得了低缺陷、高精度的钛宝石表面。运用灰色关联分析法对抛光参数进行优化, 在最佳加工工艺组合条件下, 得到钛宝石表面粗糙度为0.262 nm, 表面疵病率为1.4×10-3 mm-1。
钛宝石 化学机械抛光 表面粗糙度 表面疵病 灰度关联 titanium gemstone chemica-mechanical polishing surface roughness surface rickets grayscale correlation 红外与激光工程
2019, 48(12): 1215002
1 中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室, 北京 100190
3 中国科学院大学, 北京 100049
自行研制出钛宝石晶体抽运的波长为532 nm的全固态高功率激光器,实现了高功率、高转换效率的可调谐钛宝石激光输出。使用3列重复频率为1 kHz的激光二极管阵列对称式抽运Nd∶YAG晶体,通过调Q及腔内倍频,获得功率为37.8 W、波长为532 nm的抽运光,每个激光二极管的抽运脉冲包络内包含5个调Q脉冲,单脉冲宽度为90 ns,重复频率为5 kHz。采用该绿光抽运钛宝石晶体,获得733.5~871.1 nm波长范围内的连续调谐激光,在771 nm处获得的输出功率最大,为8.26 W,光-光转换效率高达42%,脉冲宽度为14 ns,30 min内输出功率稳定性优于±4.4%。
非线性光学 激光技术 钛宝石激光器 准连续 全固态 高效率
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 太原理工大学, 山西 太原 030024
钛宝石晶体是超强、超短脉冲激光振荡源广泛采用的工作物质,其口径大小和表面全频域波面误差决定了超短、超强激光系统的输出能量和光束质量,然而由于大口径钛宝石晶体光学均匀性差及硬度高的特点,其实现高精度透射波前和超光滑表面加工很具挑战性。针对这一问题,设计了线偏振干涉光源检测方法,解决了钛宝石晶体双折射导致的透射波前检测干涉条纹无法解析的问题;基于对钛宝石晶体材料光学均匀性的检测分析,发展了基于单轴机的透射波前快速抛光收敛工艺;通过正交实验和灰关联分析法,利用小磨头抛光工艺实现了钛宝石晶体高精度透射波前低频误差和超光滑表面高频误差的加工;为改善中频误差,发展了基于硅溶胶抛光液的小磨头中频误差光顺工艺。实验结果表明:多手段组合的加工工艺可以实现大口径钛宝石晶体全频域透射波前误差的有效控制,针对直径为120 mm的钛宝石样件,透射波前峰谷值可达0.283λ(λ=632.8 nm),中频功率谱密度无明显的特定频段调制误差,高频表面粗糙度Rq约为0.262 nm,可达到超光滑量级。
材料 钛宝石晶体 透射波前 超光滑表面
