高效率掺Ho3+绿光下转换光纤激光器实验研究

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自1960年美国人梅曼制造出第一台激光器以来,激光作为高单色性、高相干性以及优秀方向性的光源而备受关注。时至今日,激光光谱所覆盖的波段已经扩大到从193 nm的深紫外光波段(ArF准分子激光)一直延伸至3 μm以上的中红外波段(HCN气体激光)。绿光波段(495-570 nm)激光器作为可见光波段激光器的一个重要分支具有许多重要的应用,包括但不限于生物医学、彩色显示、激光存储以及光通信等领域;不仅如此,在激光制造方面,绿光激光还可以作为紫外和深紫外激光器优秀的和频光源来使用。就光纤激光器而言,产生绿光激光的方式有很多,最常见的两种方式就是使用稀土离子掺杂的光纤,利用上转换或者下转换的方式来产生绿光。理论上讲,只要该增益光纤掺杂的稀土离子的发射谱包含绿光的发射峰,任何一根增益光纤都能产生绿光激光。但是直到现在,无论是掺Pr3+、Yb3+、Er3+或者Ho3+离子的光纤激光器运用上转换还是下转换的方式都无法得到大功率且高效率的绿光。因此,本课题的创新点在于使用蓝光LD泵浦产生高效率(至今为止效率最高)的绿光激光。在本课题中,增益光纤为多根长度不同的Ho:ZBLAN光纤(掺杂浓度为5000 ppm,纤芯/包层直径为7.5/125 μm,增益光纤长度分别设置为25 cm/19.5 cm/17.5 cm)来进行功率和斜效率的比较,从而得到它的最佳腔长范围。实验采用下转换的方式进行泵浦,利用一个3.4 W的蓝光LD作为泵浦源;利用自由空间结构的腔体结构最终得到阈值为360 mW、绿光激光最大功率为380 mW、最大斜效率为60%、激光半高宽<0.5 nm,激光波长为544.43 nm的高单色性、高相干性、高亮度以及高方向性的优质绿光激光器,是至今为止已报道的斜效率最高的绿光光纤激光器。在这之后,我们在原有光路的基础上进行了扩展,利用一面带通滤波片对该绿光进行调谐,最终得到了调谐范围在538.12-545.21 nm内,调谐宽度大于7 nm,激光阈值为456 mW,最大输出功率为131.1 mW的绿光调谐激光。
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