用于超快激光器的晶体，Yb：KGW和Yb：KYW，掺镱单斜双钨酸盐

Yb3+离子在激光晶体中的特征是一个简单的两能级电子能量结构，它消除了由于上转换和激发态吸收引起的损失，泵浦波长和激光波长之间的量子缺陷小，极大地减少了热效应的产生，以及宽的发射(增益)带宽，使得激光波长能够在20-100nm范围内调谐，并能够生成飞秒脉冲。

单斜双钨酸盐的热光畸变

掺镱钨酸盐晶体的热光学畸变可以通过适当的晶体切割(无热晶体取向)来调整。实验结果表明，在二极管抽运下，Ng切割的掺杂Yb的KGW晶体表现出较弱的正热透镜效应和较弱的散光（相比于Np切割晶体）

Yb:YAG晶体的热透镜效应至少比Ng切割的Yb:KGW强7倍。这与980nm泵浦下的量子缺陷较低有关(与940 nm泵浦的Yb:YAG相比)，以及Ng取向的KGW和KYW晶体中，折射率的温度依赖性的负面影响和热膨胀效应对热透镜的光功率的积极影响的相互补偿。连续二极管泵浦用Ng切割的Yb: KGW激光器实现了输出功率为14W的二极管泵浦连续激光器，显示出76%的斜率效率和优异的光束质量(M2<1.2) (图1)。

图1连续二极管泵浦Yb: KGW激光器的功率传输特性

通过TSSG方法生长的Yb:KGW球的示例

掺镱单斜双钨酸盐晶体的性质

Yb掺杂单斜双钨酸盐KGd(W04)2(简称KGW)和KY(W0)2(简称KYW)由于具有较高的掺杂水平而不引起荧光猝灭和晶格畸变，在激光晶体中引起了广泛的关注(在KYbW的化学计量结构方面可达100%原子比)。掺镱单斜双钨酸盐晶体具有相对宽且强的吸收和发射光谱带，有利于二极管泵浦和超短脉冲产生，同时其热导率适中。这也使得多瓦级飞秒激光系统具有稳定的锁模模式和优异的光束质量。

单斜双钨酸盐晶体KGW和KYW具有双轴光学性质，其光学性质由三个相互正交的轴Np、Nm和Ng（以及相应的主折射率np<nm<ng）所决定的光学椭球体来表征。Yb:KGW掺镱钨酸盐晶体的光谱学和热力学力学性能在表1中总结。Yb:KYW和Yb:KGW晶体表现出非常相似的性能，带宽大，不过Yb:KYW发射截面比Yb:KGW的发射截面稍大，这些大的截面降低增益饱和和通量，有助于抑制Q开关不稳定性。如何抑制Q开关的不稳定性也是被动锁模固体激光器面临的重大挑战之一，对于具有典型Yb掺杂材料所具有的小激光横截面的增益介质，这种Q开关趋势很强，特别是对于那些具有大增益带宽的材料更是如此。

表1

与其他掺镱激光晶体的比较

表2比较了Yb:KGW和Yb:KYW与其他商业可用的掺镱激光晶体相关的激光性能。由于高吸收和发射截面，以及泵浦光子和激光光子之间具有较宽的增益带宽(约60nm)和低量子缺陷(5%)，掺Yb的KGW和KYW能够在二极管泵浦锁模飞秒振荡器和再生放大器中获得高效稳定的工作。

Yb:CALGO具有更宽的发射带宽，用于类似的应用，但具有更低的发射截面。Yb:CaF2具有较宽的增益带宽、较低的发射截面、较长的发射寿命和较高的热导率，是放大飞秒脉冲的很好介质。Yb:YAG晶体是一种用于大功率连续激光器和薄板激光器的著名激光晶体。

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