專(zhuān)利名稱：一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法，屬激光器和光電子器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
固體激光器是一類(lèi)被廣泛使用的固體激光器，在激光加工、激光標(biāo)記、科學(xué)研究等等方面有著廣泛應(yīng)用。常用的固體激光材料有摻雜釔鋁石榴石類(lèi)、摻雜氟化鋁鍶鋰類(lèi)、摻雜釩酸釔和摻雜鎢酸鉀釓類(lèi)等，它們吸收峰的特點(diǎn)是存在多個(gè)吸收峰且彼此分立。目前的激光泵浦源，除半導(dǎo)體激光器泵浦是針對(duì)某一吸收峰外，其余泵浦源諸如氙燈、溴鎢燈、氪燈、汞燈和近些年提出的太陽(yáng)光等，其光譜分布范圍均比較寬，相當(dāng)比例的能量分布在固體激光材料的吸收峰以外的波段，尤其在可見(jiàn)光短波長(zhǎng)部分有相當(dāng)比例的能量得不到有效利用，由于這部分能量轉(zhuǎn)化為熱，對(duì)固體激光器的散熱提出了更高要求。半導(dǎo)體量子點(diǎn)是一種尺寸在幾個(gè)納米的顆粒材料，制備方法也比較成熟，如利用高溫熔融退火法直接在硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃中生長(zhǎng)量子點(diǎn)，也可以用化學(xué)法產(chǎn)生分散于膠體中的量子點(diǎn)，再將這些量子點(diǎn)摻入有機(jī)光學(xué)材料，如UV膠、PMMA等，制成摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料。比如顆粒半徑為2. Inm的CcKe半導(dǎo)體納米晶，其對(duì)波長(zhǎng)短于600nm的光均具有較強(qiáng)的吸收，而在eiOnm的波段處有發(fā)射峰。半導(dǎo)體納米晶的還有一大特點(diǎn)，可以通過(guò)制備不同顆粒半徑的量子點(diǎn)，使其發(fā)射峰移至指定波長(zhǎng)位置處，其吸收峰也相應(yīng)的移動(dòng)，這樣可以針對(duì)固體激光器的吸收峰的位置而定制半導(dǎo)體量子點(diǎn)尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要克服現(xiàn)有固體激光器泵浦效率低下的缺點(diǎn)，提供一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法及其產(chǎn)品，且無(wú)需對(duì)激光器結(jié)構(gòu)做大的調(diào)整。本發(fā)明所述的提高固體激光器泵浦利用效率的方法，包括如下步驟步驟1，制備摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收固體激光器泵浦光的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為激光材料吸收峰處的光，使得原本不在激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被激光材料吸收；步驟2，在所述的固體激光材料和泵浦光源之間放置所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的放置位置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料前的路徑上。進(jìn)一步，所述的步驟1采用熔融法直接在硅酸鹽玻璃或者硼酸鹽玻璃中產(chǎn)生量子點(diǎn)；合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽纾龅牧孔狱c(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量?；蛘?，所述的步驟1包括(1)采用化學(xué)法產(chǎn)生分散于膠體的量子點(diǎn)，合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽?，所述的量子點(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量；(2)再將這些量子點(diǎn)摻入透明光學(xué)基質(zhì)材料混合，制成摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料。再進(jìn)一步，所述的固體激光材料為摻雜釔鋁石榴石類(lèi)、摻雜氟化鋁鍶鋰類(lèi)、摻雜釩酸釔或摻雜鎢酸鉀釓類(lèi)；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的基質(zhì)材料為二氧化硅玻璃、硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃、光學(xué)紫外膠、PMMA或者PS ；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料中所摻雜量子點(diǎn)為=CcKe或CdS 或核殼結(jié)構(gòu)的CdSe-S^e或CcKe-ZnS或CdS-SiS ；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料內(nèi)摻雜的量子點(diǎn)直徑在1 10nm。采用本發(fā)明所述的方法的高效固體激光器泵浦，包括固體激光材料和泵浦光源， 其特征在于在所述的固體激光材料和泵浦光源之間放置一種摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收泵浦光源的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為所述的固體激光材料吸收峰處的光，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的放置位置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料前的路徑上。進(jìn)一步，激光泵浦方式為端面泵浦，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的形狀是片狀。進(jìn)一步，激光泵浦方式為在通過(guò)聚光腔的側(cè)面泵浦，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的形狀是與聚光腔相似形狀的筒狀。再進(jìn)一步，所述的激光泵浦源可以是氙燈、溴鎢燈、氪燈或者太陽(yáng)光之一，或其組
I=I O本發(fā)明通過(guò)在固體激光材料和泵浦光源之間放置一種摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，這種波長(zhǎng)吸收固體激光器泵浦光的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為激光材料吸收峰處的光，使得原本不在激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被激光材料吸收。本發(fā)明提高固體激光器泵浦利用效率的方法，可用于氙燈或太陽(yáng)光泵浦的激光器，既可用于端面泵浦的激光器，也可用于側(cè)面泵浦的激光器，具有無(wú)需對(duì)激光器結(jié)構(gòu)做大的調(diào)整、方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明的原理如下通過(guò)在固體激光材料和泵浦光源之間放置一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料實(shí)現(xiàn)。這種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料是一種摻雜有合適顆粒半徑的硒化鉛量子點(diǎn)的光學(xué)材料，基底可以是光學(xué)玻璃或者有機(jī)光學(xué)材料。當(dāng)激光器的泵浦光照射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料上，其短波長(zhǎng)部分的光被波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收，并發(fā)光。合理選擇量子點(diǎn)的顆粒半徑，使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光波長(zhǎng)處于固體激光材料的吸收波段內(nèi)，使得原本不在固體激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被固體激光材料吸收。本發(fā)明的提高固體激光器泵浦利用效率的方法，可用于氙燈、溴鎢燈、氪燈或者太陽(yáng)光泵浦的固體激光器，既可用于端面泵浦的激光器，也可用于側(cè)面泵浦的激光器。半導(dǎo)體材料的尺寸減小到某個(gè)尺寸(半導(dǎo)體塊材料中的束縛激子的Bohr半徑) 以下時(shí)，其能級(jí)將產(chǎn)生分立結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)，即其發(fā)射峰的中心隨量子點(diǎn)的尺寸而變化，因此可制備不同尺寸的量子點(diǎn)以產(chǎn)生需要的波長(zhǎng)。由于量子點(diǎn)制備的工藝特點(diǎn)，制備的量子點(diǎn)尺寸呈現(xiàn)一個(gè)單峰分布，產(chǎn)生的光譜有一定寬度(約十幾納米)。不同制備工藝條件下制備得到顆粒尺寸不同的量子點(diǎn)，它們產(chǎn)生的光譜的中心波長(zhǎng)不同。合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)的發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，這些量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量。
波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的制備有兩種基本方法一是利用熔融法直接在玻璃中產(chǎn)生量子點(diǎn)，可以是硅酸鹽玻璃或者硼酸鹽玻璃；二是用化學(xué)法產(chǎn)生分散于膠體的量子點(diǎn)，再將這些量子點(diǎn)摻入透明光學(xué)材料混合(如光學(xué)紫外膠、PMMA等)，制成摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料。激光器的泵浦方式有端面泵浦和側(cè)面泵浦兩種。對(duì)于端面泵浦形式，把摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料制備成平板狀，尺寸與激光晶體的切面相當(dāng)，并放置在激光晶體的端面處。如果是側(cè)面泵浦的，把摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料制備成圓柱形筒狀，內(nèi)表面應(yīng)與激光晶體的圓柱外表面貼合緊密，或者將摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料均勻覆蓋激光器聚光腔的內(nèi)表面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能量利用效率提高。


圖1為本發(fā)明采用端面泵浦方式的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、2-激光器腔鏡、3-固體激光材料、4-泵浦光源。圖2為本發(fā)明采用側(cè)面泵浦方式的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中11-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、22-激光器腔鏡、33-激光材料、44-泵浦光源、55-聚光腔。圖3為本發(fā)明摻有顆粒半徑為2. Inm的硒化鉻量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的發(fā)射光
■i並曰ο圖4為本發(fā)明摻釹鎢酸鉀釓激光晶體的吸收光譜。圖5為本發(fā)明摻有顆粒半徑為2. Inm的硒化鉻量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的吸收光
■i並曰ο
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1 參照附圖1、3、4、5 提高固體激光器泵浦利用效率的方法，包括如下步驟步驟1，制備摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收固體激光器泵浦光的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為激光材料吸收峰處的光，使得原本不在激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被激光材料吸收；步驟2，在所述的固體激光材料和泵浦光源之間放置所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的放置位置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料前的路徑上。所述的步驟1采用熔融法直接在硅酸鹽玻璃或者硼酸鹽玻璃中產(chǎn)生量子點(diǎn)；合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽纾龅牧孔狱c(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量?；蛘?，所述的步驟1包括(1)采用化學(xué)法產(chǎn)生分散于膠體的量子點(diǎn)，合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽纾龅牧孔狱c(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量；(2)再將這些量子點(diǎn)摻入透明光學(xué)基質(zhì)材料混合，制成摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料。所述的固體激光材料為摻雜釔鋁石榴石類(lèi)、摻雜氟化鋁鍶鋰類(lèi)、摻雜釩酸釔或摻雜鎢酸鉀釓類(lèi)；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的基質(zhì)材料為二氧化硅玻璃、硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃、光學(xué)紫外膠、PMMA或者PS ；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料中所摻雜量子點(diǎn)為=CcKe或CdS或核殼結(jié)構(gòu)的CdSe-S^e或CcKe-ZnS或CdS-SiS ；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料內(nèi)摻雜的量子點(diǎn)直徑在 1 IOnm0采用本發(fā)明所述的方法的高效固體激光器泵浦，包括固體激光材料3和泵浦光源 4，在所述的固體激光材料3和泵浦光源4之間放置一種摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料 1，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1吸收泵浦光源4的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為所述的固體激光材料3吸收峰處的光，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1的放置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料 3前的路徑上。激光泵浦方式為端面泵浦，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1的形狀是片狀。所述的泵浦光源4可以是氙燈、溴鎢燈、氪燈或者太陽(yáng)光之一，或其組合。按照?qǐng)D1制作一臺(tái)固體激光材料3為摻釹鎢酸鉀釓的固體激光器，采用端面泵浦的方式，泵浦光源4可以是氙燈、溴鎢燈、氪燈或者太陽(yáng)光，激發(fā)光從激光晶體的左端面導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1和左側(cè)的腔鏡2照射到固體激光材料3上。摻有硒化鉻量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1的發(fā)射峰的光譜(圖3)在598nm，發(fā)射峰的光譜寬度大約為25nm，對(duì)比摻釹鎢酸鉀釓的吸收峰(圖4)，可以看出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1的發(fā)射峰和摻釹鎢酸鉀釓的吸收峰吻合較好。由摻有硒化鉻量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1的吸收光譜(圖幻可以看出，硒化鉻量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1對(duì)波長(zhǎng)小于598nm的光具有很好的吸收特性，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料1將這部分光的能量轉(zhuǎn)換到598nm處，使得波長(zhǎng)小于598nm的那部分光的能量可以被摻釹鎢酸鉀釓的固體激光材料3吸收，從而提高泵浦效率。實(shí)施例2 參照附圖2、3、4、5 本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處是激光泵浦方式改為在通過(guò)聚光腔5的側(cè)面泵浦，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料11的形狀是與聚光腔5相似形狀的筒狀。按照?qǐng)D2制作一臺(tái)激光材料33為摻釹鎢酸鉀釓的固體激光器，采用側(cè)面泵浦的方式，泵浦光源44可以是氙燈、溴鎢燈或氪燈，激發(fā)光經(jīng)聚光腔55導(dǎo)入激光晶體33的側(cè)面， 在聚光腔陽(yáng)的內(nèi)表面或者激光晶體33的側(cè)面覆蓋波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料11。本實(shí)施例的其它說(shuō)明如實(shí)施例1的說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.提高固體激光器泵浦利用效率的方法，包括如下步驟步驟1，制備摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收固體激光器泵浦光的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為激光材料吸收峰處的光，使得原本不在激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被激光材料吸收；步驟2，在所述的固體激光材料和泵浦光源之間放置所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的放置位置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料前的路徑上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法，其特征在于所述的步驟1采用熔融法直接在硅酸鹽玻璃或者硼酸鹽玻璃中產(chǎn)生量子點(diǎn)，合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽?，所述的量子點(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法，其特征在于所述的步驟1包括(1)采用化學(xué)法產(chǎn)生分散于膠體的量子點(diǎn)，合理控制制備條件，使得產(chǎn)生的量子點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)某叽?，所述的量子點(diǎn)發(fā)射峰處于固體激光材料的吸收峰處，所述的量子點(diǎn)就會(huì)把處于量子點(diǎn)吸收光譜內(nèi)的光，轉(zhuǎn)化為可以被固體激光材料吸收的光，從而為固體激光材料提供泵浦能量；(2)再將這些量子點(diǎn)摻入透明光學(xué)基質(zhì)材料混合，制成摻有量子點(diǎn)的固態(tài)材料。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法，其特征在于 所述的固體激光材料為摻雜釔鋁石榴石類(lèi)、摻雜氟化鋁鍶鋰類(lèi)、摻雜釩酸釔或摻雜鎢酸鉀釓類(lèi)；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的基質(zhì)材料為二氧化硅玻璃、硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃、光學(xué)紫外膠、PMMA或者PS ；，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料中所摻雜量子點(diǎn)為=CcKe或CdS或核殼結(jié)構(gòu)的 CdSe-S^e或CcKe-ZnS或CdS-SiS ；所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料內(nèi)摻雜的量子點(diǎn)直徑在1 10nm。
5.采用權(quán)利要求1所述的方法的高效固體激光器泵浦，包括固體激光材料和泵浦光源，其特征在于在所述的固體激光材料和泵浦光源之間放置一種摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收泵浦光源的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為所述的固體激光材料吸收峰處的光，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的放置位置在激發(fā)光傳輸?shù)剿龅墓腆w激光材料前的路徑上。
6.如權(quán)利要求5所述的高效固體激光器泵浦，其特征在于激光泵浦方式為端面泵浦， 所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的形狀是片狀。
7.如權(quán)利要求5所述的高效固體激光器泵浦，其特征在于激光泵浦方式為在通過(guò)聚光腔的側(cè)面泵浦，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的形狀是與聚光腔相似形狀的筒狀。
8.如權(quán)利要求6或7所述的高效固體激光器泵浦，其特征在于所述的泵浦光源可以是氙燈、溴鎢燈、氪燈或者太陽(yáng)光之一，或其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高固體激光器泵浦利用效率的方法及產(chǎn)品，通過(guò)在固體激光材料和泵浦光源之間放置一種摻有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，這種波長(zhǎng)吸收固體激光器泵浦光的短波長(zhǎng)部分的光并將其轉(zhuǎn)換為激光材料吸收峰處的光，使得原本不在激光材料吸收峰范圍內(nèi)的光被激光材料吸收。本發(fā)明可用于氙燈或太陽(yáng)光泵浦的激光器，既可用于端面泵浦的激光器，也可用于側(cè)面泵浦的激光器，具有效率高、無(wú)需對(duì)激光器結(jié)構(gòu)做大的調(diào)整、方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/02GK102368583SQ201110361578
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者嚴(yán)金華, 張航, 程成, 陳鋼, 馬德偉 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)