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

一、1535nm激光器的特點和需求

1535nm波長在大氣傳輸窗口中占據了重要的戰略位置,因其能夠將大氣吸收和散射降至最低,從而確保激光在長距離傳輸中的穩定性和高效率。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量著稱,這使得它在光通信和高精度儀器中發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,該波長都表現出了極高的適用性和可靠性,為現代光電技術的快速發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 激光的優勢

  • 無縫材料集成: Er, Yb glass(鉺玻璃) Co: spinel(鈷尖晶石)鍵合技術可形成統一的結構,從而提高 1535nm 激光系統的導熱性、機械穩定性和光學效率。
  • 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,顯著提高了系統的泵浦效率。
  • 使用鈷尖晶石實現被動調Q:鈷尖晶體為無源 Q 開關提供了可飽和吸收特性,從而實現了緊湊的激光設計和高峰值功率輸出。
  • 降低光損耗,提高穩定性: 鍵合界面最大程度地減少了能量損耗,優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 激光系統在各行各業都顯示出顯著的優勢。在軍事測距中,鉺玻璃可提供高光學增益和泵浦效率,而 鈷尖晶石可實現無源 Q 開關,從而實現高精度和遠距離能力。它的護眼特性確保了在復雜環境中的可靠性能。在自動駕駛激光雷達(LiDAR)中,鍵合晶體具有優異的熱穩定性和低光學損耗,可提高激光輸出質量,實現高分辨率 3D 成像和更可靠的導航。在醫療診斷中,鉺玻璃結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、皮膚治療和手術輔助的理想選擇。這些特性極大地提高了系統的效率、穩定性和使用壽命,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,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高效的能量轉換。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,也能優化能量利用和實現高峰值功率輸出。
  • 脈沖輸出和光束質量: 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波或低能量脈沖應用。
  • 熱管理和穩定性: 鉺玻璃與鈷尖晶石的結合提高了導熱性,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定,使用壽命更長。
  • 應用范圍: 鉺玻璃激光器在光通信和醫療診斷等低能量應用中表現出色,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制的高性能系統的理想選擇,例如軍用測距儀和先進的激光雷達系統。

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

圖4. 用于測距和雷達的 1535nm 激光器

五. 結論與展望

鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體的集成徹底改變了 1535nm 激光系統,在能效、光束質量、熱管理和穩定性方面具有無與倫比的優勢。這項技術提高了激光器在軍事測距、自動駕駛激光雷達和醫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 開關功能相結合,創造出一種穩健、高性能的解決方案,可滿足現代工業的苛刻要求。
展望未來,鍵合技術的進一步發展,如表面活性鍵合的優化,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的工作帶寬和效率。隨著全球對高精度、高能效激光系統的需求不斷增長,鉺玻璃+鈷尖晶石配置有望在塑造未來激光技術方面發揮關鍵作用,為量子傳感、先進通信網絡和太空探索等尖端領域帶來新的可能性。

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