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  • Yb:CALGO 晶体

  • Yb:CaGdAlO4(也称为Yb: CALGO) 是一种优势突出,应用前景良好的新型激光晶体。晶体结构为四方晶系。用979nm pi偏振方向光源泵浦时将产生1050nm Theta方向偏振的光。这意味着极低的量子亏损(低至1.5%)以及获取超快脉冲的极大可能。此外Yb: CALGO还具有高达k=6.7W/m/K的热导率,使其能够适合高功率的应用。
产品描述
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Yb:CaGdAlO4的主要优点

 979nm波段具有高吸收系数

 大的受激发射截面

 激光阈值低

 极低的量子亏损

• 宽波段(994-1050)nm输出

• 激光二极管泵浦时具有高斜率效率 (高达55%)

• 可提供掺杂浓度范围:1%-5%

Yb:CaGdAlO4应用

 使用10%的输出镜和功率为23W的激光二极管泵浦源,获得了超过5.5W的输出功率

• 有报道用28W泵浦源获得了最高12.5W,94fs的激光输出。

 

基本属性:                                                                                                                    

 

晶体结构

四方

点群

I4/mmm

晶格参数

 

a = 3.6585Å;

c = 1.1978 Å   

莫氏硬度  

6

密度(g/cm²)

4.8

熔点(C°)

1850

 热传导率 (W/m/K)

K[001] =6.3

K[001] =6.9

热膨胀系数(10-6 /K)

 

10.1(//a); 

16.2(//c)

 

发射波长

 

 

994-1050nm

吸收波长

979nm

吸收截面 (979nm,pi 偏振)

2.7x(10-20)cm²

 

规格指标:

定向

 

a or c

 

标准掺杂浓度 (at. %)

 

1%, 2%, 3%, 5%

 

极限长度

 

50mm

 

长度公差(mm)             

 

+0.5 / -0.2                     

 

截面公差 (mm)

 

+/-0.1

 

平行度

 

< 30”

 

垂直度

 

< 15’ 

 

光洁度

 

10/5 

 

镀膜

 

AR-coated 


   福晶小课堂| “唯快不破”的Yb:CALGO晶体                    

——  一种极具前瞻性的可实现高功率窄脉宽的超快激光晶体  

一、何为超快激光 

        众所周知,20世纪最伟大的发明之一 ——激光,被誉为“最亮的光”、“最准的尺”与“最快的刀”[1]。那么超快激光又是什么呢?              

要理解超快激光,必须得知道什么是激光脉冲。激光脉冲是指以脉冲方式工作的激光器发出的一个光脉冲,打比方来说,手电筒如果保持开关开着,手电筒就是连续工作,如果打开开关立刻合上,就相当于发出了一个光脉冲。                

激光脉冲可以做到非常短,有纳秒,皮秒,飞秒,甚至阿秒量级。例如皮秒量级,是指在1秒钟之内就可以发出一万亿个超短脉冲。一般来说,脉冲宽度小于10ps的激光称为超快激光。                

超快激光时间单位换算见表1。  

                  
 二、超快激光的增益晶体           

目前,超快激光的增益晶体主要有两大类,分别为钛宝石(Ti:Al2O3)晶体和Yb3+离子掺杂激光晶体。随着二极管激光器(LD)直接泵浦的全固态激光器(DPSSL)朝着高效率、小型化、集成化的方向发展,Yb3+离子掺杂激光晶体逐渐成为超快激光研究的热点[1] 

掺Yb3+离子无序结构晶体兼具晶体的有序性和玻璃的无序性,表现出优异的光谱特性,而在掺Yb3+离子无序结构这类晶体中,铝酸盐晶体无疑是目前所有掺Yb3+离子超快晶体中综合性能最好的一类晶体[2]                

Yb:CaGdAlO4(CALGO)晶体属于四方晶系,在晶体结构中,Ca2+和Gd3+ 离子不仅离子半径不同而且价态也不一样,因此其无序性可以分为两大类:阴离子-阳离子键长的无序性和电价分布的无序性[1]。这种多种无序结合的结构使得Yb:CALGO晶体能够实现更大的发射谱宽,在众多无序结构晶体中脱颖而出[2]                

发射谱宽和热导性是衡量激光晶体超快特性的两个关键因素。发射谱宽越大,可实现的锁模脉冲宽度越小;热导性能越好,可实现的输出功率越高。掺Yb3+离子的不同晶体热导率和发射谱宽对比[3-5]见表2。

                          

Yb:CALGO晶体兼具高热导率和超宽发射谱特性,有利于同时实现高功率窄脉宽的超快激光,在超快激光领域具有大的优势和潜能。 

 

 三、福晶科技开发Yb:CALGO晶体历程                                

福晶科技从2016年开始进行Yb:CALGO晶体的生长。在工艺开发的早期阶段,生长出的晶体毛坯颜色为橙色,并且大部分区域具有雾状包络(理想状态为无色,少或无包络),见图1。                

                图1  改善前的橙色,带雾状包络的Yb:CALGO晶体毛坯
               

由于色心的存在而导致的额外吸收以及包络的散射作用使得Yb:CALGO晶体因为内部质量缺陷,无法满足客户的使用要求,主要表现为较低的激光功率和损伤阈值。在公司研发团队的持续努力下,通过配方调整、温场调节、气氛改变等工艺的大胆尝试和严格控制,目前,福晶科技可稳定生长出尺寸在φ30×50mm3以上的无色、少量或无包络的Yb:CALGO晶体毛坯,见图2。                             

图2  改善后的无色,带少量包络的Yb:CALGO晶体毛坯

无色少量包络和橙色少量包络样品在透过率、输出功率和损伤阈值方面的比较情况分别见图3、图4和图5。从对比数据可知,无色少量包络样品在紫外区域的透过率明显要高,在输出功率、损伤阈值方面也有很大的改善。

图3 改善前后Yb:CALGO晶体样品透过率曲线比较    

                           

图4 改善前后Yb:CALGO晶体样品输出功率比较                

图5 改善前后Yb:CALGO晶体样品损伤阈值比较              

、Yb:CALGO晶体的产品指标    

福晶公司可稳定、大量地提供掺不同Yb3+离子浓度的CALGO晶体元器件,基本指标如表3:                 

需要了解更加详细的福晶科技Yb:CALGO晶体参数以及定制咨询,请与我们的销售团队联系:                    

销售邮箱:                        

sales@castech.com                        

销售总机:                        

+86-(0)591-8371053383791703                          

中国区销售:                        

+86-(0)591-83771604,83517265                        


                   

参考文献                    

[1]胡强强.几种无序结构晶体的生长和性能研究[D].山东大学,2017.                    

[2]苏现翠.镱离子掺杂LuAG、CLGA和CGA晶体飞秒激光特性研究[D].山东大学,2018.                    

[3]张志斌.Yb:YAG晶体生长与激光性能研究[D].电子科技大学,2005.                    

[4]Druon F, Boudeile J, Zaouter Y, et al. New Yb-doped crystals for high-power and ultrashort lasers[C] // Optics / Photonics in Security and Defence. International Society for Optics and Photonics, 2006:64000D-64000D-16.                    

[5]Druon F, Ricaud S, Papadopoulos N, et al. On Yb:CaF2 and Yb:SrF2: review of spectroscopic and themal properties and their impact on femtosecond and high power laser performance[J]. Optical Materials,2011,489~502.                    

                    

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