Er∶YAP晶體多波長激光運轉及偏振特性研究

權 聰，孫敦陸，羅建喬，張會麗,3，方忠慶，趙緒堯，胡倫珍，韓志遠，程毛杰，殷紹唐

1. 中國科學院安徽光學精密機械研究所光子器件與材料安徽省重點實驗室, 安徽 合肥 230031 2. 中國科學技術大學研究生院科學島分院, 安徽 合肥 230031 3. 華北光電技術研究所固體激光技術重點實驗室, 北京 100015

引 言

稀土離子Er3+摻雜激光晶體通過能級躍遷4I11/2-4I13/2能夠實現2.7～3 μm激光輸出，該波段激光在生物醫療[1-2]、 空間科學研究[3]、 激光遙感與激光雷達[4]等領域均有著重要應用；還可用于泵浦非線性晶體，通過光參量振蕩(OPO)，實現3～5和8～15 μm的激光輸出[5]。然而其過長的下能級壽命極大地限制了2.7～3 μm波段的激光輸出, 稱為“自限制效應”。為此, 通常會采用提高Er3+的摻雜濃度或者摻入具有與激光下能級相近能級的能級耦合離子的方法，降低下能級壽命, 從而提高激光效率，減小激光閾值[6]。

Er3+摻雜YAlO3(Er∶YAP)作為一種優良的中紅外激光晶體，很好的結合了YAP基質晶體優良的熱力學與機械性能、 較高地熱導率[7]、 較低的聲子能量[8]等優點與Er3+摻雜晶體具有豐富熒光譜線的特點。實驗發現YAP中所需要的Er3+摻雜濃度較低，如早在1987年于桂芳等[9]和Stalder等[10]就分別在10 at.% Er∶YAP中實現了多波長激光輸出；近兩年，Hiroki Kawase等[11]在LD泵浦5 at.% Er∶YAP中實現了0.95 W的2.92 μm激光輸出，激光斜率效率高達31%。

另外，鋁酸釔(YAP)在結構上，屬于正交晶系，Pbnm空間群，晶格常數為a=5.180 ?，b=5.330 ?，c=7.371 ?，為畸形的鈣鈦礦型結構，具有結構各向異性，是雙折射率較高的負雙軸晶體[12]，不僅有利于降低熱雙折射所引起的影響，還使其能夠直接實現線偏振的激光輸出[13]?！?br>