激光二极管抽运Tm：YAP2μm激光器研究

温雅 李嵩 王彬

摘 要：该文报道了一种室温条件下795 nm的激光二极管（LD）端面抽运连续掺铥铝酸钇（Tm：YAP）激光器。产生人眼安全波段的激光输出，利用掺杂浓度为3at%，a轴切割，尺寸为3×3×10 mm3的Tm：YAP晶体，采用平凹腔结构，当输出镜透过率T=10%时，获得最大输出功率6.87 W的1988 nm连续激光输出，斜率效率39.4%。x和y方向上的光束质量M2因子分别为1.34和1.38。可以作为3-5 μm、8-12 μm波段可调谐光参量振荡器（OP）有效抽运源。

关键词：2μm Tm：YAP晶体 激光二极管抽运 激光器

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0155-02

激光二极管（LD）泵浦Tm3+产生的2 μm波段处于人眼安全波段，在中红外激光器领域很有广泛的应用[1]，如：大气监测、激光医疗、激光雷达，激光遥感、激光测距等[2]。此外2 μm波段激光还是产生常温3-5 μm、8-12 μm波段可调谐光参量振荡器（OPO）有效抽运源[3]。可用于红外激光侦测、干扰技术[4]等。

近年来国内外在2 μm波段激光方面进行了大量研究，在掺Tm3+的铝酸钇（YAP）晶体为工作物质的2 μm激光器研究上取得了很多阶段性成果?。2006年英国的Thangavel Thevar报道了室温下LD抽运连续Tm：YAP激光器。Tm3+掺杂浓度为3%，晶体尺寸为2 mm×4 mm×5 mm，抽运能量为30 mJ，产生了1.99 μm，370 mW的激光输出，斜效率为9.6%[5]；2010年北京理工大学报道了a轴切割，掺杂浓度5%，尺寸为3×3×5 mm3，输出波长1.99 μm的激光器，抽运功率2.4 W，输出功率588 mW，斜率效率41.5%，M2在x方向为1.44，在y方向为1.43[6]。同年张晓娟等报道了室温工作的全固态Tm：YAP激光器，泵浦原采用了GaAS半导体激光器，获得输出波长1.99 μm，最大输出功率13.5 W，光-光转换效率28.2%，斜率效率36%，而没有对光束质量进行报道[7]。该文采用中心波长为795 nm的激光二极管为抽运源，以a轴切割Tm：YAP晶体为工作物质实现中心波长为1988 nm激光输出，抽运功率为21.15 W时，输出功率可达6.87 W，斜率效率39.4%，x和y方向上的光束质量可达1.34和1.38。

1 实验装置

单端抽运Tm：YAP连续激光器实验结构如图1所示。抽运源采用中心波长795 nm的光纤激光器，将抽运光通过聚焦耦合镜f1和f2耦合到Tm：YAP晶体内部，焦距分别为25 mm和50 mm；Tm：YAP晶体采用掺杂浓度为3%，a轴切割，尺寸为3×3×10 mm3，晶体两端镀有对795nm和1.99 μm的高透膜（R<0.5%）；晶体放在铜热沉中，用厚度为0.1 nm的铟箔包裹，M1镀有对795 nm高透（R<0.5%），1.99 μm高反（R>99.5%）的膜；输出镜M2采用平凹镜，曲率半径为200 mm，镀有对1.99 μm（R>99.5%）透过率为10%和15%的高透膜。

2 实验结果及分析

搭建实验光路，测量当T=10%，R=200 mm时，腔长分别为80 mm、100 mm、120 mm输出激光进行测量，图2为不同腔长情况下，输出功率随抽运功率变化曲线，从实验数据得到两者基本呈线性关系，随着输入功率增大，输出功率随之增大，在腔长为80 mm、100 mm、120 mm下，激光器输出最大功率分别为6.87 W、5.91 W、5.01 W，对应的斜率效率分别为39.4%、34.8%和26.9%。即随着腔长增加，输出功率会减小，短腔长可以获得更大的输出功率，腔长80 mm，抽运功率达到21.15 W时，获得功率为6.87 W的输出。

采用YOKOGAWA公司的AQ6375Co型光谱仪和美国Spiricon公司的Pyrocam-Ⅲ型光束质量分析仪分别对T=10%，R=200 mm时，腔长为80 mm时输出激光进行测量，光谱图和光斑图分别如图3所示。可得到其输出中心波长为1988 nm，谱线宽度为2.67 nm，x和y方向上最好的光束质量为1.34和1.38。

3 结论

该文采用激光二极管端面抽运a轴切割的Tm：YAP晶体，获得了1988 nm连续激光输出。当输出镜透过率T=10%，腔长为80 mm，抽运功率达到21.15 W时，获得了6.87 W连续波输出，中心波长为1988 nm，谱线宽度为2.67 nm，斜率效率为39.4%，其x和y方向上最好的光束质量为1.34和1.38。利用该系统获得的激光输出，目前在国内处于领先水平。

参考文献

[1] Hamit Kalaycioglu， Alphan Sennaroglu，Adnan Kurt.Influence of Doping Concentration on the Power Performance of Diode-Pumped Continuous-Wave Tm3+：YAlO3 Lasers.IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，2005，11（3）：667-673.

[2] Petr Koranda，Jan Sulc，Maxim Doroshenko et al..Cr：ZnSe laser pumped with Tm：YAP microchip laser[C].Soild State Lasers XIX： Technology and Devices，2010.

[3] Wang Keqiang，Han Long，Wang Jianjun el al..LD pumped intro-cavity OPO high repetition frequency 2 μm laser[J].High power Laser and Particle Beams，2005，17（zl）：185-188.

[4] Alex Dergachev，Darrell Armstrong，Arlee Smith et al..3.4-μm ZGP RISTRA nanosecond optical parametric oscillator pumped by a 2.05 μm Ho：YLF MOPA system[J].opt.Express，2007，15（22）：14404-14413.

[5] Thangavel Thevar and Norman P.Barnes.Diode-pumped，continuous.wave Tm：YAlO3 laser.APPLIED OPTICS，2006，45（14）：3352-3355.

[6] Ka S.Wu，Jesper Munch，Peter J.Veitch，David J.Ottaway.Suppression of self-pulsing behaviour in Tm：YAlO3 lasers via pump diode-current feedback[J]IQEC 2011，978-0-9775657-7-1.

[7] 张晓娟，王立新，蔡军，等.室温工作的全固态Tm：YAP激光器[J].光电技术应用，2010（25）4-45-47.