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　　與氣體激光器相比，半導(dǎo)體泵浦固體激光器具有體積小、重量輕、供電簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、便于攜帶、便于維護(hù)和操作等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在已用作手術(shù)治療、肌肉組織焊接、牙科治療、光鎮(zhèn)痛和光針灸等領(lǐng)域。2μm波段恰恰處于水分子的吸收峰，輸出波長為2μm的固體激光器是激光手術(shù)的最佳波長。與通常的Nd:YAG激光(1.064μm)相比，人體對(duì)2μm激光的吸收效果更好，激光切割能力大大提高，尤其對(duì)敏感組織，如肝、胃、結(jié)腸等軟組織的燒蝕利切割效果更加理想。此外石英光纖還可以傳播2μm激光，這使得激光傳導(dǎo)更加容易。目前半導(dǎo)體激光器泵浦的Ho∶YLF 2.12μm激光器已做成結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)容易、便攜式的醫(yī)用器械。雖然2μm激光器有著如此廣泛而重要的應(yīng)用前景，并且在相應(yīng)領(lǐng)域已經(jīng)得到了大范圍的應(yīng)用，但是對(duì)于二極管泵浦2μm固體激光器深入的研究并不是伴隨著激光器的產(chǎn)生而開始的，其間經(jīng)歷了漫長的過程。

　　2、國外2μm波段固體激光材料及激光器的發(fā)展?fàn)顩r

　?。?）Ho:YAG激光器

　　1965年Bell實(shí)驗(yàn)室Johnson等人首先報(bào)道了Ho:YAG在液氮溫度下實(shí)現(xiàn)振蕩，使用的晶體用熔鹽法生長，晶體長度25mm，輸出三種不同的激光波長。輸出波長2.0975μm時(shí)，脈沖閾值為44J；輸出波長2.0914μm時(shí)，脈沖閾值為1760J；輸出波長2.1223μm時(shí)，脈沖閾值為410J。高閾值限制了Ho:YAG的應(yīng)用。

　　（2）Er,Tm,Ho:YAG激光器

　　Ho:YAG激光器泵浦效率低是由于Ho3+在YAG中只有幾條弱吸收線。為了增加對(duì)燈泵能量的吸收，1966年Johnson等人采用Er3+和Tm3+來敏化Ho3+，由于它們吸收和傳遞泵浦能量，液氮溫度下得到了5％的閃光燈泵浦效率和15W的連續(xù)激光輸出。1975年，Beck等人報(bào)道了直徑4mm，長度70mm的晶體在液氮溫度下連續(xù)輸出50W，斜率效率6.5％，使用鎢鹵素?zé)糇鞅闷衷础?981年Barnes等人在液氮溫度下實(shí)現(xiàn)了脈沖激光振蕩和放大，TEM00模輸出112mJ，斜率效率1.2％，放大輸出235mJ。晶體直徑4mm，長度56mm，晶體中Ho3+、Tm3+、Er3+和Y3+分別占0.021、0.037、0.616和0.326。

　?。?）Tm,Ho:YAG激光器

　　1987年Fan等人報(bào)道了用波長為781.5二極管激光器泵浦Tm,Ho:YAG獲得室溫連續(xù)輸出，閾值4.4mW，斜率效率19％，輸出波長2.074μm [5]。1990年Stoneman等人實(shí)現(xiàn)了Tm,Ho:YAG在2.09～2.12范圍連續(xù)可調(diào)諧激光輸出。晶體用引上法生長，Tm3+和Ho3+的含量分別為8.3×1020cm-3和6.9×1019cm-3。

　?。?）Cr,Tm,Ho:YSGG激光器

　　1986年Alpatev研制出Cr,Tm,Ho:YSGG（釔鈧石榴石）激光晶體，并獲得室溫?zé)舯闷置}沖輸出能量7.4J,斜率效率3.1％，輸出波長2.088μm，并于1988年實(shí)現(xiàn)開關(guān)運(yùn)行。其中晶體直徑4mm，長度76mm，晶體中Cr3+、Tm3+、Ho3+的含量分別為2.5×1020cm-3、8×1020cm-3、5×1019cm-3。在室溫下獲得80mJ的電光調(diào)輸出，此時(shí)的泵浦輸入為125J，調(diào)閾值為60J。在轉(zhuǎn)鏡調(diào)時(shí)，獲得280mJ的多峰光脈沖，500的總寬度，脈沖中含5～6個(gè)峰，峰-峰間隔2μm，每個(gè)峰半寬度為40～50。

　　5）Cr,Tm,Ho:YAG激光器

　　1988年ST Systems公司的Mark E.Storm 采用單橢圓腔,Cr3+、Tm3+、Ho3+濃度分別為2.7at%、5.8at%、0.36at%。晶體直徑5mm，長度53mm。閃光燈內(nèi)徑4mm，閃光燈弧長50mm，閃光燈脈寬600us，全反鏡曲率半徑10m，輸出鏡透過率85％。在溫度295K時(shí)，激光閾值25J,斜率效率2.3％。

　　1989年美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室的G.J.Quarles等人采用67mm鍍銀橢圓腔和69mm漫反射腔，晶體直徑5mm，長度76.2mm，Cr3+、Tm3+、Ho3+濃度分別為7.7×1019cm-3、8.0×1020cm-3、5.0×1019cm-3,氙燈充氣壓630Torr，閃光燈內(nèi)徑4mm，閃光燈弧長63.5mm，閃光燈脈寬540us，諧振腔長度為300mm，全反鏡曲率半徑為1m，輸出鏡透過率小于75％，輸出波長為2.097μm。使用漫反腔得到了4.7％斜效率，閾值70J。使用鍍銀腔得到了5.1％斜效率，閾值38J[8]。同時(shí)從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了YAG是Cr,Tm,Ho:YAG最好基質(zhì),Cr3+→Tm3+能量傳遞效率YAG高于YSAG和YSGG。

　　1990年T.Becker等人報(bào)道了Cr,Tm,Ho:YAG激光器重頻30Hz時(shí)的輸出特性。Cr3+、Tm3+、Ho3+濃度分別為2at%、5at%和0.5at%。晶體直徑分別為2.8mm、4mm和5mm，晶體長度為56mm，諧振腔腔長300mm，全反鏡半徑1m，輸出鏡透過率15％。閃光燈內(nèi)徑為4mm，弧長76mm，放電脈寬500μm。在20oC時(shí)，直徑2.8mm晶體的效率比其它兩種高，在重頻21Hz時(shí)，斜效率1.6％，同時(shí)獲得了6.5W的輸出；在重頻30Hz時(shí)，得到2W輸出。

　　1991年美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室采用單橢圓鍍銀腔，晶體直徑5mm，長度67mm，Cr3+、Tm3+、Ho3+濃度分別為0.8at%、6.0at%、0.4at%,氙燈充氣壓450Torr，閃光燈內(nèi)徑5mm，閃光燈弧長63mm，閃光燈脈寬290μs，諧振腔長度為290mm，全反鏡曲率半徑為0.5m，輸出鏡透過率20％,水溫20oC，重頻1Hz時(shí)，得到最佳斜率效率。同時(shí)，研究了調(diào)的特性，發(fā)現(xiàn)開關(guān)的Cr,Tm,Ho:YAG效率幾乎比長脈沖Cr,Tm,Ho:YAG低一個(gè)數(shù)量級(jí)，得到了2.121μm增益系數(shù)為0.07cm-1,估計(jì)調(diào)在2.121μm的增益系數(shù)為0.02～0.07cm-1。

　　1994年W.Zendzian等人報(bào)道了閃光燈泵浦的Cr,Tm,Ho:YAG激光器。注入能量110J時(shí)，得到了17W的輸出，斜效率為2％，同時(shí)從理論和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了熱焦距對(duì)M2參數(shù)的影響。