紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器

吴健宏; 杜仕峰; 高昀; 王海龙; 陈玲芝; 王志超; 薄勇; 崔大复; 彭钦军

doi:10.37188/CJL.20230174

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器

器件制备及器件物理 | 更新时间：2023-11-27

- 紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器
- Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser
- 发光学报 2023年44卷第11期页码：2027-2032
- 作者机构：
  
  1.中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室，北京　100190
  2.中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室，北京　100190
  3.中国科学院大学，北京 100049
  4.齐鲁中科光物理与工程技术研究院，山东济南　250000
- 作者简介：
  
  [ "吴健宏（1999-），男，山东潍坊人，硕士研究生，2021年于安徽大学获得学士学位，主要从事固体激光技术的研究。" ]
  [ "杜仕峰（1979-），男，湖北利川人，博士，高级工程师，硕士生导师，2009年于中国科学院物理研究所获得博士学位，主要从事全固态激光及其变频激光技术的研究。" ]
  [ "王志超（1985-），男，四川资阳人，博士，高级工程师，2012年于中国科学院研究生院获得博士学位，主要从事全固态激光技术及其应用研究。" ]
- 基金信息：
  
  国家高层次人才科技专项(SQ2022RA24910010);中国科学院重点技术人才计划
- DOI：10.37188/CJL.20230174
  中图分类号： TN248.1
- 收稿日期：2023-07-27，
  
  修回日期：2023-08-17，
  
  纸质出版日期：2023-11-05
- 稿件说明：
移动端阅览
吴健宏,杜仕峰,高昀等.紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器[J].发光学报,2023,44(11):2027-2032.

WU Jianhong,DU Shifeng,GAO Yun,et al.Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2027-2032.
吴健宏,杜仕峰,高昀等.紧凑高效型百瓦级2 μm棒状Tm∶YAG激光器[J].发光学报,2023,44(11):2027-2032. DOI： 10.37188/CJL.20230174.

WU Jianhong,DU Shifeng,GAO Yun,et al.Compact and Efficient Hundred-watt Level 2 μm Rod Tm∶YAG Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2027-2032. DOI： 10.37188/CJL.20230174.

摘要

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2 μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管（LD）侧面泵浦激光模块，提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构，包含单个激光模块，几何腔长为88 mm，整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却，在冷却温度为12 ℃条件下，获得了最高功率为119 W、波长为2.02 μm的激光输出，光⁃光转换效率为19.6%，斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h，功率波动小于1％，晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得

和

方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2 μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

Abstract

We report a compact， high-efficiency， and high-power 2 μm rod-type Tm∶YAG laser. By optimizing the design of the threefold laser diode （LD） side-pumped laser module structure， the pump power density inside the crystal rod was increased. The laser resonator adopted a flat-flat cavity configuration， incorporating a single laser module， with a geometric cavity length of 88 mm and the complete laser structure was simple and compact with small footprint. The laser module was cooled by a water chiller， under a crystal cooling temperature of 12 ℃， we obtained a maximum output power of 119 W at a wavelength of 2.02 μm， with an optical-to-optical efficiency of 19.6% and a slope efficiency of 32.7%. The laser can operate stably for 2 hours at maximum output power with power fluctuations below 1%， and no water condensation was observed on the crystal end faces and optical element surfaces. The measured beam quality factors in the

and

directions were 21.01 and 21.68， respectively. This compact， reliable， and efficient hundred-watt level 2 μm laser is of great significance for applications in medical and scientific research.

关键词

Keywords

references

蔡宇航，张俊旋，陈晓，等 . 侧面抽运（Tm， Ho）∶YLF晶体传导冷却百纳秒脉冲激光器［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 13 ）： 1301005 . doi: 10.3788/CJL202148.1301005 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202148.1301005

CAI Y H ， ZHANG J X ， CHEN X ， et al . Side-pumped， conductively cooled （Tm， Ho）∶YLF pulsed laser with more than one-hundred-nanosecond pulse width ［J］. Chin. J. Lasers ， 2021 ， 48 （ 13 ）： 1301005 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CJL202148.1301005 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202148.1301005

韩文国，延凤平，冯亭，等 . 高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用［J］. 发光学报， 2021 ， 42 （ 5 ）： 708 - 716 . doi: 10.37188/CJL.20210064 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210064

HAN W G ， YAN F P ， FENG T ， et al . High-power thulium-doped fiber laser and its application in biological tissue cutting ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 708 - 716 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJL.20210064 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210064

FU Q S ， NIU C ， LIU J G ， et al . LD end-pumped Tm∶YAG acousto-optic Q -switched double-pulse laser ［J］. Infrared Phys. Technol. ， 2021 ， 119 ： 103923 . doi: 10.1016/j.infrared.2021.103923 http://dx.doi.org/10.1016/j.infrared.2021.103923

MINGAREEV I ， WEIRAUCH F ， OLOWINSKY A ， et al . Welding of polymers using a 2 μm thulium fiber laser ［J］. Opt. Laser Technol. ， 2012 ， 44 （ 7 ）： 2095 - 2099 . doi: 10.1016/j.optlastec.2012.03.020 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2012.03.020

COLE B ， GOLDBERG L ， CHINN S ， et al . Compact and efficient mid-IR OPO source pumped by a passively Q -switched Tm∶YAP laser ［J］. Opt. Lett. ， 2018 ， 43 （ 5 ）： 1099 - 1102 . doi: 10.1364/ol.43.001099 http://dx.doi.org/10.1364/ol.43.001099

王云鹏，王飞，赵东旭 . Cr 2+ ∶ZnSe全固态中红外激光器［J］. 中国光学， 2016 ， 9 （ 5 ）： 563 - 568 .

WANG Y P ， WANG F ， ZHAO D X . All solid state Mid-IR laser of Cr 2+ ∶ZnSe ［J］. Chin. Opt. ， 2016 ， 9 （ 5 ）： 563 - 568 . （in Chinese）

李耀，李阳，王超 . LD面阵侧面泵浦Nd∶YAG晶体吸收光场研究［J］. 中国光学， 2018 ， 11 （ 2 ）： 206 - 211 . doi: 10.3788/co.20181102.0206 http://dx.doi.org/10.3788/co.20181102.0206

LI Y ， LI Y ， WANG C . Absorption light field of side-pumped Nd∶YAG crystal in LD planar arrays ［J］. Chin. Opt. ， 2018 ， 11 （ 2 ）： 206 - 211 . （in Chinese） . doi: 10.3788/co.20181102.0206 http://dx.doi.org/10.3788/co.20181102.0206

丁本利，周雄，夏海平，等 . 796 nm二极管泵浦连续波1.88 W Tm∶LYF激光器［J］. 发光学报， 2020 ， 41 （ 7 ）： 819 - 825 . doi: 10.37188/fgxb20204107.0819 http://dx.doi.org/10.37188/fgxb20204107.0819

DING B L ， ZHOU X ， XIA H P ， et al . 796 nm diode-pumped 1.88 W continuous-wave Tm∶LYF laser ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2020 ， 41 （ 7 ）： 819 - 825 . （in Chinese） . doi: 10.37188/fgxb20204107.0819 http://dx.doi.org/10.37188/fgxb20204107.0819

SUN F F ， DU S F ， GAO H W ， et al . 130 mJ compact diode side-pumped Tm∶Ho∶YAG laser at 2.1 μm ［J］. Opt. Commun. ， 2022 ， 505 ： 127517 . doi: 10.1016/j.optcom.2021.127517 http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127517

傅燕青，康世亮，关尚升，等 . Tm 3+ /Ho 3+ 共掺含BaF 2 纳米晶氟硅酸盐玻璃陶瓷2 μm发光性能［J］. 发光学报， 2021 ， 42 （ 1 ）： 37 - 43 . doi: 10.37188/cjl.20200310 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200310

FU Y Q ， KANG S L ， GUAN S S ， et al . Luminescence properties of Tm 3+ /Ho 3+ doped BaF 2 nanocrystalline fluorosilicate glass ceramics at 2.0 μm ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 37 - 43 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20200310 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200310

LAI K S ， PHUA P B ， WU R F ， et al . 120 W continuous-wave diode-pumped Tm∶YAG laser ［J］. Opt. Lett. ， 2000 ， 25 （ 21 ）： 1591 - 1593 . doi: 10.1364/ol.25.001591 http://dx.doi.org/10.1364/ol.25.001591

LAI K S ， XIE W J ， WU R F ， et al . A 150 W 2-micron diode-pumped Tm∶YAG laser ［C］. Advanced Solid State Lasers 2002 ， Québec City， Canada ， 2002 ： WE6 . doi: 10.1364/assl.2002.we6 http://dx.doi.org/10.1364/assl.2002.we6

CAO D ， PENG Q J ， DU S F ， et al . A 200 W diode-side-pumped CW 2 μm Tm∶YAG laser with water cooling at 8 ℃ ［J］. Appl. Phys. B ， 2011 ， 103 （ 1 ）： 83 - 88 . doi: 10.1007/s00340-010-4303-4 http://dx.doi.org/10.1007/s00340-010-4303-4

WANG C L ， NIU Y X ， DU S F ， et al . High-power diode-side-pumped rod Tm∶YAG laser at 2.07 μm ［J］. Appl. Opt. ， 2013 ， 52 （ 31 ）： 7494 - 7497 . doi: 10.1364/ao.52.007494 http://dx.doi.org/10.1364/ao.52.007494

满达，牛燕雄，王彩丽 . Tm∶YAG激光器的波长可调谐理论和实验研究［J］. 光学学报， 2015 ， 35 （ 1 ）： 0114001 . doi: 10.3788/aos201535.0114001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201535.0114001

MAN D ， NIU Y X ， WANG C L . Theoretical model and experimental study for wavelength tunable Tm∶YAG laser ［J］. Acta Opt. Sinica ， 2015 ， 35 （ 1 ）： 0114001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201535.0114001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201535.0114001

ZHANG H L ， BIAN J T ， SUN D L ， et al . Improvement of 2.8 μm laser performance on LD side-pumped LuYSGG/Er∶LuYSGG/LuYSGG bonding crystal ［J］. Opt. Laser Technol. ， 2023 ， 158 ： 108840 . doi: 10.1016/j.optlastec.2022.108840 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108840

YUMOTO M ， SAITO N ， URATA Y ， et al . 128 mJ/pulse， laser-diode-pumped， Q -switched Tm∶YAG laser ［J］. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. ， 2015 ， 21 （ 1 ）： 364 - 368 . doi: 10.1109/jstqe.2014.2338872 http://dx.doi.org/10.1109/jstqe.2014.2338872

LEE S ， KIM S K ， YUN M ， et al . Design and fabrication of a diode-side-pumped Nd∶YAG laser with a diffusive optical cavity for 500-W output power ［J］. Appl. Opt. ， 2002 ， 41 （ 6 ）： 1089 - 1094 . doi: 10.1364/ao.41.001089 http://dx.doi.org/10.1364/ao.41.001089

LIU H Y ， BIAN Q ， BO Y ， et al . Compact 200 W level linearly polarized microsecond-pulse Nd∶YAG oscillator with nearly diffraction-limited beam quality ［J］. Appl. Opt. ， 2022 ， 61 （ 19 ）： 5614 - 5618 . doi: 10.1364/ao.458761 http://dx.doi.org/10.1364/ao.458761

王君立，尹福昌，宋正勋，等 . 高稳定输出功率的全固态激光器［J］. 发光学报， 2011 ， 32 （ 8 ）： 830 - 833 . doi: 10.3788/fgxb20113208.0830 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20113208.0830

WANG J L ， YIN F C ， SONG Z X ， et al . An all-solid-state laser with high stability output power ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2011 ， 32 （ 8 ）： 830 - 833 . （in Chinese） . doi: 10.3788/fgxb20113208.0830 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20113208.0830

浏览量

250

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

全固态高功率准连续板条激光器

直接泵浦中红外Dy∶PbGa₂S₄激光器研究进展

808 nm大功率分布反馈激光器列阵研制

976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量M²评价

宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器设计与研究