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1535nm激光結(jié)合鉺玻璃+鈷尖晶石(Er,Yb glass+Co:spinel)鍵合晶體的技術(shù)開發(fā)與應用前景

一、1535nm激光器的特點和需求

1535nm波長在大氣傳輸窗口中占據(jù)了重要的戰(zhàn)略位置,因其能夠?qū)⒋髿馕蘸蜕⑸浣抵磷畹停瑥亩_保激光在長距離傳輸中的穩(wěn)定性和高效率。這一波長還處于對人眼安全的光譜范圍,因此在實際應用中非常受歡迎,特別是在測距儀和激光雷達系統(tǒng)中,能夠兼顧高性能和安全性。此外,1535nm波長以其卓越的能量效率和光束質(zhì)量著稱,這使得它在光通信和高精度儀器中發(fā)揮了不可替代的作用。無論是用于遠距離信號傳輸還是精密測量,該波長都表現(xiàn)出了極高的適用性和可靠性,為現(xiàn)代光電技術(shù)的快速發(fā)展提供了堅實的基礎。

圖1. 用于測距和雷達的 1535nm 激光器

二、鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體用于1535nm 激光的優(yōu)勢

  • 無縫材料集成: Er, Yb glass(鉺玻璃) Co: spinel(鈷尖晶石)鍵合技術(shù)可形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu),從而提高 1535nm 激光系統(tǒng)的導熱性、機械穩(wěn)定性和光學效率。
  • 增強泵浦和增益效率:鉺玻璃提供了高光學增益,而鐿離子改善了能量傳遞,顯著提高了系統(tǒng)的泵浦效率。
  • 使用鈷尖晶石實現(xiàn)被動調(diào)Q:鈷尖晶體為無源 Q 開關提供了可飽和吸收特性,從而實現(xiàn)了緊湊的激光設計和高峰值功率輸出。
  • 降低光損耗,提高穩(wěn)定性: 鍵合界面最大程度地減少了能量損耗,優(yōu)化了光學特性的對準,并確保了在高功率條件下的可靠運行。
圖2. 鈷尖晶石, 被動調(diào)Q晶體, Crylink

三、 鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體1535nm激光器的應用

由 Er,Yb glass+ Co: spinel鍵合晶體增強的 1535nm 激光系統(tǒng)在各行各業(yè)都顯示出顯著的優(yōu)勢。在軍事測距中,鉺玻璃可提供高光學增益和泵浦效率,而 鈷尖晶石可實現(xiàn)無源 Q 開關,從而實現(xiàn)高精度和遠距離能力。它的護眼特性確保了在復雜環(huán)境中的可靠性能。在自動駕駛激光雷達(LiDAR)中,鍵合晶體具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低光學損耗,可提高激光輸出質(zhì)量,實現(xiàn)高分辨率 3D 成像和更可靠的導航。在醫(yī)療診斷中,鉺玻璃結(jié)合鈷尖晶石的鍵合晶體的卓越熱管理可最大限度地減少熱透鏡,增強組織穿透性和生物相容性。這使其成為非侵入性診斷、皮膚治療和手術(shù)輔助的理想選擇。這些特性極大地提高了系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和使用壽命,鞏固了其作為跨領域高性能解決方案的地位。

圖3. 鉺玻璃,增益介質(zhì),Crylink

四、鉺玻璃激光器與鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體激光器的比較

鉺玻璃激光器和Er,Yb glass+Co:spinel激光器針對不同的應用顯示出不同的特性和性能優(yōu)勢:

  • 能效和泵浦要求: 標準鉺玻璃激光器完全依賴鉺離子提供的光學增益,需要高功率泵浦源才能實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。相比之下,添加鈷尖晶石晶體后,可引入無源 Q 開關功能,即使在較低的泵浦能量條件下,也能優(yōu)化能量利用和實現(xiàn)高峰值功率輸出。
  • 脈沖輸出和光束質(zhì)量: 由于鈷尖晶石的可飽和吸收特性,鉺玻璃+鈷尖晶石激光器可提供卓越的光束質(zhì)量和更短的高能量脈沖。這在激光雷達和測距等對精度要求極高的應用中尤為有利。而標準鉺玻璃激光器則更適合連續(xù)波或低能量脈沖應用。
  • 熱管理和穩(wěn)定性: 鉺玻璃與鈷尖晶石的結(jié)合提高了導熱性,最大限度地減少了光學損耗,降低了工作過程中的熱透鏡效應。與獨立的鉺玻璃激光器相比,這種激光器的輸出更穩(wěn)定,使用壽命更長。
  • 應用范圍: 鉺玻璃激光器在光通信和醫(yī)療診斷等低能量應用中表現(xiàn)出色,而鉺玻璃+鈷尖晶石配置則是需要高峰值功率和精確脈沖調(diào)制的高性能系統(tǒng)的理想選擇,例如軍用測距儀和先進的激光雷達系統(tǒng)。

通過結(jié)合鉺玻璃和鈷尖晶石的優(yōu)勢,后者提供了更高的性能和多功能性,解決了傳統(tǒng)鉺玻璃激光器在苛刻環(huán)境中的局限性。

圖4. 用于測距和雷達的 1535nm 激光器

五. 結(jié)論與展望

鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體的集成徹底改變了 1535nm 激光系統(tǒng),在能效、光束質(zhì)量、熱管理和穩(wěn)定性方面具有無與倫比的優(yōu)勢。這項技術(shù)提高了激光器在軍事測距、自動駕駛激光雷達和醫(yī)療診斷等各種應用中的性能。鉺玻璃的高光學增益與鈷尖晶石的無源 Q 開關功能相結(jié)合,創(chuàng)造出一種穩(wěn)健、高性能的解決方案,可滿足現(xiàn)代工業(yè)的苛刻要求。
展望未來,鍵合技術(shù)的進一步發(fā)展,如表面活性鍵合的優(yōu)化,有望進一步降低光學損耗和改善熱管理。此外,探索新型材料和混合晶體設計可以擴大這些系統(tǒng)的工作帶寬和效率。隨著全球?qū)Ω呔取⒏吣苄Ъす庀到y(tǒng)的需求不斷增長,鉺玻璃+鈷尖晶石配置有望在塑造未來激光技術(shù)方面發(fā)揮關鍵作用,為量子傳感、先進通信網(wǎng)絡和太空探索等尖端領域帶來新的可能性。

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