[2019年德国慕尼黑国际电气与电子工程师学会激光与光电子欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与光电子欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 红色锥形二极管泵浦的高效Tm:YAG与Tm:LuAG激光器

摘要： 工作在2微米波段的、对人眼安全的二极管泵浦全固态激光器，在遥感、医疗和气体检测等诸多领域具有应用优势。掺铥晶体（如Tm:YAG和Tm:LuAG）是该类激光器常用的增益介质，其泵浦源通常采用工作在780纳米附近的激光二极管[1]，对应的激光斜率效率斯托克斯极限约为39%。但对于高掺杂样品，双光子对一光子的交叉弛豫过程可使激光效率突破该极限——有研究报道采用785纳米钛宝石泵浦的Tm:YAG激光器实现了59%的斜率效率，表明其交叉弛豫效率达到约1.5（即每个780纳米泵浦光子产生1.5个2微米波段激光光子）[2]。 作为替代泵浦方案，Stoneman等人指出681纳米波长的更强吸收线可用于泵浦铥基激光器[3]。相比785纳米泵浦，利用681纳米更强吸收线可缩短铥晶体长度以降低自吸收损耗[3]。此外，681纳米泵浦还有助于薄片激光器采用更薄晶体，并/或减少泵浦光充分吸收所需的薄片反射次数[4]。更强吸收系数波长还能提升增益介质的粒子数密度，从而增强交叉弛豫效应。但该方案的斯托克斯极限斜率效率降至约34%，且缩短的吸收长度可能引发更强的热效应。 Stoneman团队早期采用681纳米钛宝石激光泵浦Tm:YAG晶体时，仅获得约35%的斜率效率，显示交叉弛豫过程较弱[3]。本研究报道了采用高亮度681纳米锥形二极管泵浦的高效Tm:YAG与Tm:LuAG激光器[5]：激光晶体铥掺杂浓度为6%，长度7毫米，对入射TM偏振泵浦光的吸收率达98%。实验中，连续波运转的Tm:YAG和Tm:LuAG激光器分别实现了52%和51%的斜率效率（图1），对应约1.55的交叉弛豫效率——与常规785纳米二极管泵浦结果相当[2]。据我们所知，这是首次报道681纳米二极管泵浦掺铥固态激光器，也是锥形二极管首次作为铥系统泵浦源的应用。