2024年4月17日发(作者：完颜恩)
Ti宝石激光晶体
钛宝石（Ti：sapphire，Ti3＋：Al2O3）是当今最优秀的可调谐激光晶体，调谐带宽：
660nm~1100nm，吸收带位于400~600nm，峰值吸收在490nm附近。表征晶体质量
除按光学晶体要求外，一个重要的指标是晶体的品质因素（figure of merit, 简称FOM）。
FOM定义为：FOM=α490∏/α800∏，α490∏、α800∏分别表示晶体在490nm和800nm
对∏偏振光的吸收系数。Ti:sapphire激光跃迁的上能级寿命3us。掺钛宝石晶体的荧光光
谱宽，发射截面大，导热性好，硬度高，物化性能稳定，被公认是最好的可调谐激光晶体
掺钛蓝宝石激光器是迄今为止输出光谱在近红外波段调谐范围最宽的固体激光器之一,若
辅之以非线性光学频率变换技术,制成准相位匹配光学参量振荡器,通过调整相关参数,可以
得到高输出功率、高效率、可调谐波长范围大、寿命长、结构紧凑而体积小的红外可调谐
光源,满足光通讯、红外对抗、环境监测、及光谱学研究等诸多领域的应用需求。在基质晶
体中掺入三价钛离子而形成的输出激光可调谐激光晶体。六方晶系。熔点2050℃。空间群
D
3
6d-R3C，硬度9，仅次于金刚石。晶体具有宽的吸收带(400～600nm)、宽的发射带
(650～1200nm)和大的发射截面(3×10-19cm2)，荧光寿命3.2μs。采用焰熔法、提拉法、
区熔法、热交换法等方法制备。军事上用于遥感、雷达，工业上用于激光加工等。
这是一种以ti:al2o3晶体为激光介质的固体激光器(简称ti:s激光器)。它以调谐范围宽
(670nm～1200nm)、输出功率(或能量)大、转换效率高、运转方式多等诸多优异特性而倍
受青睐，成为固体可调谐激光器中迄今为止发展最为迅速、最为成熟、最为实用，而且应
用也最为广泛的一种。
a， 连续运转钛宝石激光器 纯连续运转钛宝石激光器最先是通过氩离子激光器泵浦实
现的。其后使用铜蒸汽激光器、yag激光器等泵浦均获得连续激光输出。功率可达几十瓦，
转换效率最高可达40%，波长可调谐范围为700nm～900nm。此外，利用上述几种激光
器还获得khz量级的准连续激光输出。例如，在我国利用绿光泵浦获得5w以上的准连续
激光输出，转换效率为30%以上。
b， 脉冲运转钛宝石激光器 这方面的研究工作很多，早期，泵浦源一般为闪光灯、闪
光灯泵浦的染料激光器、调q倍频nd:yag或nd:ylf激光器等。获得的激光脉冲宽度在几
十ns量级。由于钛宝石晶体具有极宽的增益轮廓，因此，通过锁模运转获得极窄的超短光
脉冲已成为广泛关注的研究热点。主动锁模获得超短脉冲，其脉宽可达到近100fs，如使
用棱镜式声光调制器，既做锁模器又是调谐器，可产生近100nm调谐范围的超短光脉冲。
在被动锁模中，多采用ddi与hitci染料做可饱和吸收体，已得到50fs～100fs脉宽的实验
结果。此外，还研究和实现了同步泵浦锁模和碰撞脉冲锁模钛宝石激光器，均获得脉宽为
几十fs的输出。同一时期，还分别发展和实现了加成脉冲锁模、耦合腔谐振被动锁模、线
性外腔锁模以及微粒镜锁模等。
引人注目的工作是，1991年spence首次报道了自锁模运转的钛宝石激光器。这种激
光器是在连续钛宝石激光谐振腔中只加一对或二对色散棱镜，而不需要任何主被动锁模器
件，即可实现锁模运转，获得fs量级的超短光脉冲。由于这种自锁模激光器结构简单、造
价低廉，因此它一经实现，就迅速在世界范围形成热点。研究最多、最深入的是钛宝石自
锁模激光器的自启动问题。提出了诸如声光调制器再生启动、可饱和吸收体启动、量子阱
反射器耦合腔启动、振镜外腔及振动镜谐振腔启动方法等，这些方法能够有效地启动并维
持钛宝石激光器的自锁模运转，使其向实用化发展。
c， 可调谐钛宝石激光器 通过对钛宝石激光器的频率变换可将其调谐范围扩展到蓝光
和紫外波段。目前使用的变频晶体多为liio3、knbo3、lbo、bbo等。通过opo和倍频等
手段可将激光输出波长范围扩展到200nm～510nm，转换效率可达到40%以上。特别是
近来提出的准相位匹配技术，它可能实现超宽范围、并具高效率的波长调谐，因此倍受关
2024年4月17日发(作者：完颜恩)
Ti宝石激光晶体
钛宝石（Ti：sapphire，Ti3＋：Al2O3）是当今最优秀的可调谐激光晶体，调谐带宽：
660nm~1100nm，吸收带位于400~600nm，峰值吸收在490nm附近。表征晶体质量
除按光学晶体要求外，一个重要的指标是晶体的品质因素（figure of merit, 简称FOM）。
FOM定义为：FOM=α490∏/α800∏，α490∏、α800∏分别表示晶体在490nm和800nm
对∏偏振光的吸收系数。Ti:sapphire激光跃迁的上能级寿命3us。掺钛宝石晶体的荧光光
谱宽，发射截面大，导热性好，硬度高，物化性能稳定，被公认是最好的可调谐激光晶体
掺钛蓝宝石激光器是迄今为止输出光谱在近红外波段调谐范围最宽的固体激光器之一,若
辅之以非线性光学频率变换技术,制成准相位匹配光学参量振荡器,通过调整相关参数,可以
得到高输出功率、高效率、可调谐波长范围大、寿命长、结构紧凑而体积小的红外可调谐
光源,满足光通讯、红外对抗、环境监测、及光谱学研究等诸多领域的应用需求。在基质晶
体中掺入三价钛离子而形成的输出激光可调谐激光晶体。六方晶系。熔点2050℃。空间群
D
3
6d-R3C，硬度9，仅次于金刚石。晶体具有宽的吸收带(400～600nm)、宽的发射带
(650～1200nm)和大的发射截面(3×10-19cm2)，荧光寿命3.2μs。采用焰熔法、提拉法、
区熔法、热交换法等方法制备。军事上用于遥感、雷达，工业上用于激光加工等。
这是一种以ti:al2o3晶体为激光介质的固体激光器(简称ti:s激光器)。它以调谐范围宽
(670nm～1200nm)、输出功率(或能量)大、转换效率高、运转方式多等诸多优异特性而倍
受青睐，成为固体可调谐激光器中迄今为止发展最为迅速、最为成熟、最为实用，而且应
用也最为广泛的一种。
a， 连续运转钛宝石激光器 纯连续运转钛宝石激光器最先是通过氩离子激光器泵浦实
现的。其后使用铜蒸汽激光器、yag激光器等泵浦均获得连续激光输出。功率可达几十瓦，
转换效率最高可达40%，波长可调谐范围为700nm～900nm。此外，利用上述几种激光
器还获得khz量级的准连续激光输出。例如，在我国利用绿光泵浦获得5w以上的准连续
激光输出，转换效率为30%以上。
b， 脉冲运转钛宝石激光器 这方面的研究工作很多，早期，泵浦源一般为闪光灯、闪
光灯泵浦的染料激光器、调q倍频nd:yag或nd:ylf激光器等。获得的激光脉冲宽度在几
十ns量级。由于钛宝石晶体具有极宽的增益轮廓，因此，通过锁模运转获得极窄的超短光
脉冲已成为广泛关注的研究热点。主动锁模获得超短脉冲，其脉宽可达到近100fs，如使
用棱镜式声光调制器，既做锁模器又是调谐器，可产生近100nm调谐范围的超短光脉冲。
在被动锁模中，多采用ddi与hitci染料做可饱和吸收体，已得到50fs～100fs脉宽的实验
结果。此外，还研究和实现了同步泵浦锁模和碰撞脉冲锁模钛宝石激光器，均获得脉宽为
几十fs的输出。同一时期，还分别发展和实现了加成脉冲锁模、耦合腔谐振被动锁模、线
性外腔锁模以及微粒镜锁模等。
引人注目的工作是，1991年spence首次报道了自锁模运转的钛宝石激光器。这种激
光器是在连续钛宝石激光谐振腔中只加一对或二对色散棱镜，而不需要任何主被动锁模器
件，即可实现锁模运转，获得fs量级的超短光脉冲。由于这种自锁模激光器结构简单、造
价低廉，因此它一经实现，就迅速在世界范围形成热点。研究最多、最深入的是钛宝石自
锁模激光器的自启动问题。提出了诸如声光调制器再生启动、可饱和吸收体启动、量子阱
反射器耦合腔启动、振镜外腔及振动镜谐振腔启动方法等，这些方法能够有效地启动并维
持钛宝石激光器的自锁模运转，使其向实用化发展。
c， 可调谐钛宝石激光器 通过对钛宝石激光器的频率变换可将其调谐范围扩展到蓝光
和紫外波段。目前使用的变频晶体多为liio3、knbo3、lbo、bbo等。通过opo和倍频等
手段可将激光输出波长范围扩展到200nm～510nm，转换效率可达到40%以上。特别是
近来提出的准相位匹配技术，它可能实现超宽范围、并具高效率的波长调谐，因此倍受关