科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在梯度濃度Nd:YAG和Nd:GdYAG晶體制備及激光性能研究方面取得新進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張慶禮研究員課題組與健康所江海河研究員課題組在梯度濃度激光晶體生長及激光性能研究方面進(jìn)一步深入合作，采用類泡生方法生長了不同梯度濃度的Nd:YAG和Nd:GdYAG激光晶體，Nd:GdYAG的激光性能優(yōu)于近似梯度濃度Nd:YAG晶體，相關(guān)研究成果以《漸變濃度摻釹釔鋁石榴石系列晶體的生長與激光性能》為題發(fā)表在國際知名光學(xué)TOP期刊Optics and Laser Technology上。
激光晶體中激活離子的發(fā)光性能一般受到基質(zhì)晶體中配位體和晶體場等因素影響，釓離子(Gd 3+)的能級結(jié)構(gòu)相對簡單，與釹離子(Nd 3+)的 4F 3/2、 4I 15/2、 4I 13/2、 4I 11/2等能級無重疊，不會產(chǎn)生能級的交叉弛豫和吸收，可實(shí)現(xiàn)晶體的發(fā)光性能的調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)在梯度濃度的Nd:YAG晶體中摻入Gd 3+，優(yōu)化發(fā)光性能，并采用泡生法生長了不同梯度濃度的Nd:YAG和Nd :GdYAG激光晶體。經(jīng)激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定，等徑部分Nd :YAG晶體的濃度為0.17~0.38 at%和0.95~2.86 at%，Nd :GdYAG為0.18~0.32 at%。沿晶體生長方向不同位置，808nm的吸收系數(shù)呈增大趨勢，進(jìn)一步表明晶體中Nd 3+濃度具有梯度分布。從三支晶體的等徑部分取出 3 40 mm的激光棒，進(jìn)行滾圓和端面加工，設(shè)計(jì)和加工了熱沉，采用端面泵浦方式，低濃度端為入射端，平平腔結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了激光性能測試。0.17~0.38 at% Nd:YAG和 0.18~0.32 at% Nd:GdYAG的激光斜效率分別為52.8%和55.0%，最高輸出功率分別為7.76W和8.13W；由于整體濃度偏高，存在濃度猝滅效應(yīng)，0.95~2.86 at% Nd:YAG的激光斜效率為47.4%，最高輸出功率6.82W。當(dāng)高濃度端為入射端時(shí)，激光性能明顯下降。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，梯度濃度晶體可有效提高激光輸出效率，并且梯度濃度Nd:GdYAG的激光性能優(yōu)于近似梯度濃度Nd:YAG晶體，梯度濃度激光晶體有望為高效激光技術(shù)提供新型晶體料基礎(chǔ)。
該研究工作得到國家自然基金面上基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110227
晶體等徑部分的濃度分布
生長的晶體毛坯
生長方向不同位置處的吸收光譜
三種晶體棒激光輸出功率隨泵浦功率的變化
