20世紀(jì)70,80年代，超快激光主要是采用被動鎖模的染料激光器，可以產(chǎn)生亞ps級的短脈沖激光．80年代末期，發(fā)現(xiàn)了可調(diào)諧范圍為660—1100nm的鈦寶石(Ti：A1203)，其帶寬非常有利于實(shí)現(xiàn)fs激光脈沖，而且具有受激發(fā)射截面大、激光損傷閾值高等優(yōu)點(diǎn)． 2001年，采用Kerr透鏡被動鎖模，獲得了平均功率為100mW，脈寬為5,V6fs的激光脈沖，并且首次實(shí)現(xiàn)了fs脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)下的波長寬帶(400nm)調(diào)諧．鈦寶石激光器基本上取代了染料激光器在超短脈沖激光領(lǐng)域中的位置，成為了最主要的超短脈沖激光振蕩源．太瓦、飛秒(注：太瓦即Tw，1012W；飛秒即fs，10--158)超快高功率激光在物理、化學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域的強(qiáng)場物理研究、激光慣性約束核聚變(ICF)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景．自1991年世界上第一臺自鎖模鈦藍(lán)寶石激光器研制成功以來，在短短的10多年里，鈦藍(lán)寶石激光器的脈寬從最初的皮秒(ps)發(fā)展到現(xiàn)在的幾飛秒(6．5fs)，峰值功率由瓦提高到太瓦甚至拍瓦(即PW，1015w)，受到了世界各國的極大關(guān)注最為典型的是美國勞倫斯·里弗莫爾實(shí)驗室(LLNL)獲得了430fs、1．3PW、1021W／cm2的激光輻照強(qiáng)度，這一強(qiáng)度超過產(chǎn)生等離子體要求閾值的1000倍，該系統(tǒng)采用了3塊大尺寸片狀鈦寶石晶體(兩塊直徑100mm，一塊直徑80mm)作為放大器．因此研制出高光學(xué)均勻性、高濃度均勻性、大直徑的鈦寶石激光晶體，對于發(fā)展超短、超快、超強(qiáng)(“三超”)激光器具有重要意義．
美國Crystal System公司F．Schmid等人采用熱交換法(HEM)可以生長出大尺寸(直徑>80ram)、高質(zhì)量的Ti：A1203激光晶體．該方法是目前世界上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)Ti：A1203晶體的主要方法之一，但它難于在零雙折射方向(0001)上生長單晶，因此晶體利用率低．上海光機(jī)所的導(dǎo)向溫度梯度法是生長大尺寸、高摻鈦濃度(0．45wt％)、高峰值吸收系數(shù)(490nm處達(dá)7．0cm-1)和高完整性Ti：A1203晶體的有效技術(shù)．自1996年起，先后生長并提供優(yōu)質(zhì)的l0mmx l0mmx 15mm、15mmx 15mmx 15mm、直徑20mm* 15mm、直徑25mmx20mm和30mmxl5mm器件晶體，并繼1996年在國內(nèi)首先建成了2．8TW／43fs小型化CPA(啁啾脈沖放大)鈦寶石超短超強(qiáng)激光裝置，于1998、2001和2002年，先后將該激光系統(tǒng)升級到5．4、16和TW.2004年，采用55x40x23mm3激光晶片，在國內(nèi)突破100Tw大關(guān)(120TW／36fs)．更大尺寸如80mm、100mm的鈦寶石激光晶片和500TW、1PW鈦寶石超短超強(qiáng)激光輸出正在進(jìn)一步的發(fā)展之中．
隨著高性能LD的快速發(fā)展，具有高效率、小型化、集成化的LD泵浦全固態(tài)超快激光器成為這一領(lǐng)域的另一主要研究方向．由于鈦寶石的吸收帶位于400—600nm，無法采用LD直接泵浦．而適合高性能InGaAs二極管泵浦的摻鐿(Yb3+)激光介質(zhì)成為了這一領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)．與Nd3+等其他稀土離子相比，由于Yb3+離子在晶場中具有強(qiáng)的電一聲子耦合效應(yīng)，摻Y(jié)b激光介質(zhì)普遍具有較寬的吸收和發(fā)射帶，有利于產(chǎn)生超短脈沖．通過選擇或設(shè)計合適的基質(zhì)晶體，可以獲得更短的激光脈沖．例如，最初采用Yb：YAG，產(chǎn)生的激光脈寬為340fs．之后開展了大量具有寬帶發(fā)射特性的摻Y(jié)b激光介質(zhì)的研究工作，并獲得了很大的進(jìn)展．例如，2004年，Yb：SYS晶體在1066nm處獲得了平均功率為156mW的70fs的激光脈沖，其工作波長可以在1055—1072nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧．可以預(yù)測，隨著具有更加優(yōu)異綜合性能基質(zhì)晶體的出現(xiàn)，以及超快激光器在加工、醫(yī)療等方面應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)勢，LD泵浦全固態(tài)超快激光器不僅在科研，而且在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的技術(shù)上將有重大突破．
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