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1535nm激光结合铒玻璃+钴尖晶石(Er,Yb glass+Co:spinel)键合晶体的技术开发与应用前景

一、1535nm激光器的特点和需求

1535nm波长在大气传输窗口中占据了重要的战略位置,因其能够将大气吸收和散射降至最低,从而确保激光在长距离传输中的稳定性和高效率。这一波长还处于对人眼安全的光谱范围,因此在实际应用中非常受欢迎,特别是在测距仪和激光雷达系统中,能够兼顾高性能和安全性。此外,1535nm波长以其卓越的能量效率和光束质量著称,这使得它在光通信和高精度仪器中发挥了不可替代的作用。无论是用于远距离信号传输还是精密测量,该波长都表现出了极高的适用性和可靠性,为现代光电技术的快速发展提供了坚实的基础。

图1. 用于测距和雷达的 1535nm 激光器

二、铒玻璃+钴尖晶石键合晶体用于1535nm 激光的优势

  • 无缝材料集成: Er, Yb glass(铒玻璃) Co: spinel(钴尖晶石)键合技术可形成统一的结构,从而提高 1535nm 激光系统的导热性、机械稳定性和光学效率。
  • 增强泵浦和增益效率:铒玻璃提供了高光学增益,而镱离子改善了能量传递,显著提高了系统的泵浦效率。
  • 使用钴尖晶石实现被动调Q:钴尖晶体为无源 Q 开关提供了可饱和吸收特性,从而实现了紧凑的激光设计和高峰值功率输出。
  • 降低光损耗,提高稳定性: 键合界面最大程度地减少了能量损耗,优化了光学特性的对准,并确保了在高功率条件下的可靠运行。
图2. 钴尖晶石, 被动调Q晶体, Crylink

三、 铒玻璃+钴尖晶石键合晶体1535nm激光器的应用

由 Er,Yb glass+ Co: spinel键合晶体增强的 1535nm 激光系统在各行各业都显示出显著的优势。在军事测距中,铒玻璃可提供高光学增益和泵浦效率,而 钴尖晶石可实现无源 Q 开关,从而实现高精度和远距离能力。它的护眼特性确保了在复杂环境中的可靠性能。在自动驾驶激光雷达(LiDAR)中,键合晶体具有优异的热稳定性和低光学损耗,可提高激光输出质量,实现高分辨率 3D 成像和更可靠的导航。在医疗诊断中,铒玻璃结合钴尖晶石的键合晶体的卓越热管理可最大限度地减少热透镜,增强组织穿透性和生物相容性。这使其成为非侵入性诊断、皮肤治疗和手术辅助的理想选择。这些特性极大地提高了系统的效率、稳定性和使用寿命,巩固了其作为跨领域高性能解决方案的地位。

图3. 铒玻璃,增益介质,Crylink

四、铒玻璃激光器与铒玻璃+钴尖晶石键合晶体激光器的比较

铒玻璃激光器和Er,Yb glass+Co:spinel激光器针对不同的应用显示出不同的特性和性能优势:

  • 能效和泵浦要求: 标准铒玻璃激光器完全依赖铒离子提供的光学增益,需要高功率泵浦源才能实现高效的能量转换。相比之下,添加钴尖晶石晶体后,可引入无源 Q 开关功能,即使在较低的泵浦能量条件下,也能优化能量利用和实现高峰值功率输出。
  • 脉冲输出和光束质量: 由于钴尖晶石的可饱和吸收特性,铒玻璃+钴尖晶石激光器可提供卓越的光束质量和更短的高能量脉冲。这在激光雷达和测距等对精度要求极高的应用中尤为有利。而标准铒玻璃激光器则更适合连续波或低能量脉冲应用。
  • 热管理和稳定性: 铒玻璃与钴尖晶石的结合提高了导热性,最大限度地减少了光学损耗,降低了工作过程中的热透镜效应。与独立的铒玻璃激光器相比,这种激光器的输出更稳定,使用寿命更长。
  • 应用范围: 铒玻璃激光器在光通信和医疗诊断等低能量应用中表现出色,而铒玻璃+钴尖晶石配置则是需要高峰值功率和精确脉冲调制的高性能系统的理想选择,例如军用测距仪和先进的激光雷达系统。

通过结合铒玻璃和钴尖晶石的优势,后者提供了更高的性能和多功能性,解决了传统铒玻璃激光器在苛刻环境中的局限性。

图4. 用于测距和雷达的 1535nm 激光器

五. 结论与展望

铒玻璃+钴尖晶石键合晶体的集成彻底改变了 1535nm 激光系统,在能效、光束质量、热管理和稳定性方面具有无与伦比的优势。这项技术提高了激光器在军事测距、自动驾驶激光雷达和医疗诊断等各种应用中的性能。铒玻璃的高光学增益与钴尖晶石的无源 Q 开关功能相结合,创造出一种稳健、高性能的解决方案,可满足现代工业的苛刻要求。
展望未来,键合技术的进一步发展,如表面活性键合的优化,有望进一步降低光学损耗和改善热管理。此外,探索新型材料和混合晶体设计可以扩大这些系统的工作带宽和效率。随着全球对高精度、高能效激光系统的需求不断增长,铒玻璃+钴尖晶石配置有望在塑造未来激光技术方面发挥关键作用,为量子传感、先进通信网络和太空探索等尖端领域带来新的可能性。

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