4-14  掺钕无机液体激光器的初步研究

曹丁象  郑万国  贺少勃  隋  展  陈远斌

为解决固体激光器在高平均功率下的热管理问题，LLNL提出可移动式片状固体热容激光器(SSHCL)，这就启发我们：假如激光介质是流体的话，就可以很容易地将激光冷却分离，激光器在工作的同时还可以“离线”冷却，可以不间歇地输出激光。LLNL最近的研究结果表明：用较便宜的含有稀土元素的液体代替SSHCL中的固体介质，可以降低整个系统的重量、体积、成本及技术复杂性，而且使得热管理变得容易。相对于固体基质，无机惰性液体基质有诸多优点，对于高平均功率和高峰值功率的应用需求，用液体介质代替固体介质，不失为一个极具吸引力的解决方案。

钕离子在无机惰性溶剂中的荧光寿命和吸收截面介于典型激光玻璃和YAG之间，因此具有较好的量子效率和储能特性。

钕离子在不同的无机惰性溶剂中有不同的光学和光谱特性。在相同的溶剂中，钕离子的浓度不同，其光谱特性也有区别。SeOCl₂－SnCl₄溶剂中钕离子的荧光谱随着掺杂浓度的增加有一点红移，而且浓度越高，荧光强度增强，荧光线宽略有加宽。

由于液体的热光系数较大，因此静态的液体激光器的热畸变较为严重，难于实用。而流动的液体形成循环系统则有利于大幅降低热畸变，至今人们设计出了众多不同结构的流体循环系统。根据抽运腔中液体的流动方向，这些系统可分为两大类：纵向抽运(流动方向和激光方向一致)和横向抽运(流动方向和激光方向垂直)。无论从热控制角度还是抽运的均匀性方面来说，横向抽运腔要比纵向抽运腔好，应用更广泛。对双横向抽运腔的实验装置进行了模拟计算，模拟结果(图1)表明，通过优化设计液体的流速和钕离子的浓度，这种双泵浦腔结构能够很好矫正高度方向的畸变。