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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(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景

晶體 / 2025年1月21日

一、1535nm激光器的特點(diǎn)和需求

1535nm波長(zhǎng)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(zhǎng)距離傳輸中的穩(wěn)定性和高效率。這一波長(zhǎng)還處于對(duì)人眼安全的光譜范圍，因此在實(shí)際應(yīng)用中非常受歡迎，特別是在測(cè)距儀和激光雷達(dá)系統(tǒng)中，能夠兼顧高性能和安全性。此外，1535nm波長(zhǎng)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(wú)論是用于遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸還是精密測(cè)量，該波長(zhǎng)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1. 用于測(cè)距和雷達(dá)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(shì)

  • 無(wú)縫材料集成： Er, Yb glass（鉺玻璃）和 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(dǎo)熱性、機(jī)械穩(wěn)定性和光學(xué)效率。
  • 增強(qiáng)泵浦和增益效率：鉺玻璃提供了高光學(xué)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(shí)現(xiàn)被動(dòng)調(diào)Q：鈷尖晶體為無(wú)源 Q 開(kāi)關(guān)提供了可飽和吸收特性，從而實(shí)現(xiàn)了緊湊的激光設(shè)計(jì)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(xué)特性的對(duì)準(zhǔn)，并確保了在高功率條件下的可靠運(yùn)行。
圖2. 鈷尖晶石， 被動(dòng)調(diào)Q晶體， Crylink

三、 鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體1535nm激光器的應(yīng)用

由 Er,Yb glass+ Co: spinel鍵合晶體增強(qiáng)的 1535nm 激光系統(tǒng)在各行各業(yè)都顯示出顯著的優(yōu)勢(shì)。在軍事測(cè)距中，鉺玻璃可提供高光學(xué)增益和泵浦效率，而 鈷尖晶石可實(shí)現(xiàn)無(wú)源 Q 開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)高精度和遠(yuǎn)距離能力。它的護(hù)眼特性確保了在復(fù)雜環(huán)境中的可靠性能。在自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)（LiDAR）中，鍵合晶體具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低光學(xué)損耗，可提高激光輸出質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高分辨率 3D 成像和更可靠的導(dǎo)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(qiáng)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(lǐng)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(duì)不同的應(yīng)用顯示出不同的特性和性能優(yōu)勢(shì)：

  • 能效和泵浦要求： 標(biāo)準(zhǔn)鉺玻璃激光器完全依賴鉺離子提供的光學(xué)增益，需要高功率泵浦源才能實(shí)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(wú)源 Q 開(kāi)關(guān)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(shí)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(dá)和測(cè)距等對(duì)精度要求極高的應(yīng)用中尤為有利。而標(biāo)準(zhǔn)鉺玻璃激光器則更適合連續(xù)波或低能量脈沖應(yīng)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(dǎo)熱性，最大限度地減少了光學(xué)損耗，降低了工作過(guò)程中的熱透鏡效應(yīng)。與獨(dú)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(zhǎng)。
  • 應(yīng)用范圍： 鉺玻璃激光器在光通信和醫(yī)療診斷等低能量應(yīng)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(cè)距儀和先進(jìn)的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

通過(guò)結(jié)合鉺玻璃和鈷尖晶石的優(yōu)勢(shì)，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(cè)距和雷達(dá)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(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)提高了激光器在軍事測(cè)距、自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)和醫(yī)療診斷等各種應(yīng)用中的性能。鉺玻璃的高光學(xué)增益與鈷尖晶石的無(wú)源 Q 開(kāi)關(guān)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(lái)，鍵合技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如表面活性鍵合的優(yōu)化，有望進(jìn)一步降低光學(xué)損耗和改善熱管理。此外，探索新型材料和混合晶體設(shè)計(jì)可以擴(kuò)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(zhǎng)，鉺玻璃+鈷尖晶石配置有望在塑造未來(lái)激光技術(shù)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，為量子傳感、先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)和太空探索等尖端領(lǐng)域帶來(lái)新的可能性。

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