CN101442177A - 一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 - Google Patents
一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101442177A CN101442177A CNA2008100722337A CN200810072233A CN101442177A CN 101442177 A CN101442177 A CN 101442177A CN A2008100722337 A CNA2008100722337 A CN A2008100722337A CN 200810072233 A CN200810072233 A CN 200810072233A CN 101442177 A CN101442177 A CN 101442177A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- power density
- pump
- gain medium
- continuous light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法。本发明以会聚的太阳光或类似连续光源发出的光作为泵浦源，采用薄或超薄激光增益介质构成微片激光器或棒状激光器。在激光增益介质周围放置其它离子掺杂的光学材料，使之吸收部分泵浦光发出上转化或下转化荧光并部分为激光增益介质吸收，从而提高整体吸收效率。同时使激光腔镜反射面与薄增益介质面垂直以增强激光腔功率密度和降低激光起振阈值。本发明可以采用单片或单根微式或棒状激光器，亦可以采用多组或多束微片式激光器放置在泵浦光会聚焦点上。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法。
背景技术
利用太阳光作为泵浦光产生激光这一设想已提出多年，其主要困难是有效泵浦功率密度不高，产生激光效率过低。用一系列的反射镜把阳光投射到Nd:YAG晶体上在一定条件下就可以得到激光输出。但是这种激光器需要巨大的镜子来收集阳光，而且效率极低，所以并没有广泛使用。日本科学家使用菲涅耳透镜取代反射镜收集阳光，同时还发现Nd:YAG晶体中掺人少量铬元素可以提高激光输出。使用菲涅耳透镜收集太阳光是有缺陷的，因为大多数透镜由于高色散并不适合于聚焦宽光谱的太阳辐射。
发明内容
本发明提出一种新的设计结构以降低其激光阈值和提高泵浦效率，实现了低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法。
本发明的方案是：
本发明的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，采用薄激光增益介质构成的激光器，其中激光腔的腔镜与薄激光增益介质面垂直或近似垂直以形成超薄增益介质层激光腔或波导腔，薄激光增益介质周围可以辅以其它掺杂离子的荧光材料用以吸收泵浦光形成能被激光增益介质吸收的荧光，同时通过减少薄激光增益介质厚度来提高激光腔功率密度和降低激光起振阈值，以用于低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器。
进一步的，所述的薄激光增益介质与周边的光学材料光胶、胶合、深化光胶粘为一体，并在其垂直薄面或近似垂直增益介质层端面的端面形成激光腔。
更进一步的，所述的薄激光增益介质面上还粘上一层低折射率光学材料紧阻此荧光材料对薄片激光增益介质振荡光吸收或形成波导腔。
进一步的，所述的薄激光增益介质厚度是可控调谐的。
进一步的，所述的薄激光增益介质可以是单一掺杂离子如Nd3+、Yb3+，亦可以是两种或两种以上掺杂离子如同掺杂Nd3+、Cr3+离子以增加对泵浦的吸收；荧光材料离子可以Cr3+、Cr4+、Ti3+离子。
更进一步的，薄激光增益介质掺杂Nd3+离子可以采用1.064μm附近波长产生激光，亦可采用1.34μm附近波长光作为振荡激光。
进一步的，所述的低泵浦功率密度及连续光是太阳光。或者其他光谱连续的泵浦光源。
进一步的，本发明的泵浦方式可采用端面泵浦，亦可侧面泵浦。
进一步的，本发明所述的激光器谐振腔膜可以直接镀上激光器两端，亦可采用分离腔镜构成激光腔。
进一步的，所述的激光器周围非入射光端口可放镀上泵浦光反射膜或放置可反射泵浦介质面或外套以增加对泵浦光吸收。
进一步的，在泵浦光聚焦上放上单个激光器或阵列的激光器。
进一步的，本发明所述的激光器是微片激光器，或者是薄激光增益介质环或条与环端面形成激光腔的棒状激光器。
本发明采用如上技术方案，降低其激光阈值和提高泵浦效率，实现了一种新颖的低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器。
附图说明
图1a是本发明的微片式激光器的示意图；
图1b是太阳光谱图；
图1c是掺Nd3+的激光增益介质的吸收光谱图；
图1d是掺多种离子的激光增益介质的吸收光谱图；
图1e是本发明的微片式激光器改进型的示意图；
图1f是本发明的微片式激光器另一改进型的示意图；
图1g是本发明的微片式激光器第三种改进型的示意图；
图2a是本发明的棒状激光器的示意图；
图2b是本发明的棒状激光器的第一种端面示意图；
图2c是本发明的棒状激光器的第二种端面示意图；
图2d是本发明的棒状激光器的第三种端面示意图；
图3a是本发明的棒状激光器改进型的示意图；
图3b是本发明的棒状激光器改进型的端面示意图；
图4a是本发明激光增益介质在器件中心的示意图；
图4b是本发明激光增益介质在器件中心的端面示意图；
图4c是本发明激光增益介质在器件中心的第二种示意图；
图4d是本发明激光增益介质在器件中心的第三种示意图；
图5是本发明采用侧面泵浦示意图；
图6是本发明加上有高反射率的漫反射或反射外套示意图；
图7a是本发明采用微片激光器阵列的示意图；
图7b是本发明采用微片激光器阵列的三维俯视图；
图8a是本发明采用棒状激光器阵列的示意图；
图8b是本发明采用棒状激光器阵列的三维俯视图；
图9是本发明采用分离腔镜片的示意图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1a所示，101A、101B、101C构成复合薄增益介质微片，其中101B为激光增益介质薄片，101A、101C可以为普通与激光增益介质基质材料或其化光学材料亦可以是产生上转化或转化荧光的材料，腔镜S1与腔镜S2构成激光腔面。102为可产生上转化或下转换荧光的光学材料，S3为宽带反射膜或反射面，103为聚焦透镜，104为泵浦光束。
本发明的原理是：由于地表太阳能量密度较低，其光谱为连续光谱，谱带较宽，如图1b所示即为太阳光谱图。而大多数用于产生激光增益的介质，尤其是掺Nd3+的激光增益介质，其吸收带宽较窄，如在808nm处的吸收带宽通常仅有10nm左右，如图1c所示即为掺Nd3+的激光增益介质的吸收光谱图。Nd3+离子所吸收的能量仅为地表太阳光总能量的3％或百分之几。若将太阳光聚焦1000倍，太阳光能量约为1342kW/m2，则聚焦点上，功率密度为1.3W/mm2；若吸收太阳光能量的3％，则有效泵浦功率密度为40mW/mm2；若为10％，则为130mW/mm2，显然若用其作为泵浦源，功率密度远远不易达到普通激光器阈值要求。
本发明采用侧面泵浦方式，同时采用薄或超薄激光增益介质，从而提高激光振荡方向等效泵浦功率密度。若微片的腔长L＝10mm，则1mm宽等效端面上，1mm2侧面3％吸收时为功率密度为40mW/mm；对微片激光器，通常端面泵浦激光阈值功率为10W/mm2。设微片增益介质厚度为d＝0.1mm，侧面长度10mm吸收效率分别为3％，10％，30％时则等效端面泵浦功率密度为4W/mm2，13W/mm2，40W/mm2，若微片增益介质厚度为25μm，则吸收3％太阳光能量，微片激光器等效端面泵浦功率密度为16W/mm2，可起振。这样在聚焦倍数确定时，可以根据激光增益的长度L与厚度d来调节等效泵浦光强度，从而实现激光器起振。
本发明的激光器激光增益介质可以是单一掺杂离子如Nd3+，也可以同时掺入其它离子如Cr3+，Cr4+或Ti3+等实现对太阳光较宽的吸收，这些离子在200-800nm波段有宽的吸收，可发出700-900nm带宽荧光，如图1d所示。该波段的荧光可为激光增益介质如Nd3+离子808nm吸收带吸收；另外几种离子同时掺杂，如Nd3+，Cr3+，Ti3+等，直接利用Cr3+与Nd3+之间的无辐射能量传递作用使Cr3+等离子吸收能量传给Nd3+激发态以提高吸收效率。
在混合掺杂的离子中，目前多采用Nd3+离子产生激光。通常产生1.064μm激光，但由于Cr3+通常在1.064μm处有一定吸收，本发明提出采用Nd3+离子1.34μm波段的激光，以降低激光振荡阈值。
如图1e所示，102为可产生荧光的材料，可产生荧光的材料102与微片激光器分开，其优点是可减少微片激光器上热量，从而减少热效应的影响。
如图1f所示，将产生荧光的材料102与微片激光器直接粘为单一整体，可使结构更紧凑，本发明所述微片激光器可采用阵列结构。
如图1g所示，101D和101E为一层折射率比激光增益介质101B低的材料，如SiO2深化光胶膜，这样超薄激光增益介质101B可形成光波导结构，从而提高激光功率密度，降低激光阈值，另外如101A、101C为荧光材料，101D与101E亦可以减少荧光材料对101B中激光吸收损失。
本发明亦可采用薄激光增益介质环或条与环端面形成激光腔的棒状激光器。
在图2a中，202为激光增益介质薄层，203为光学材料，它可以是普通光学材料，亦可以是可吸收泵浦光并产生能被202吸收荧光的荧光材料，204为激光增益外包层，S1、S2为由202，203，204构成的激光腔的腔镜，205为会聚透镜，204外侧为光学表面。
如图2b、图2c、图2d所示，分别为本发明另外三种端面结构。即激光增益层可根据需要设计。其中如图2b、图2d所示的端面结构可采用光学玻璃材料拉制而成，而图2c所示的端面结构可通过光学平面加工粘结而成。
本发明激光器结构的原理是泵浦光从S2端面进入激光棒，泵浦光在激光增益外包层204表面不断反射为激光增益介质薄层202吸收；若203为荧光材料则可吸收泵浦光产生荧光，部分被激光增益介质薄层202吸收，其余的在激光增益外包层204中多次全内反射，不断被激光增益介质薄层202吸收，由于激光增益介质薄层202厚度很薄，可在腔镜S1与腔镜S2构成的激光腔中形成较高功率，从而降低激光起振阈值。
如图3a所示，302为薄层激光增益介质，303、304为光学材料，其中303为可产生荧光的光学材料，与图2的棒状激光器结构稍有不同的是，增加了一个光学材料隔离层，防止可产生荧光的光学材料303吸收薄层激光增益介质302的基波光，同时使薄层激光增益介质302形成波导型激光腔。图3b所示的是其端面示意图。
如图4a所示，激光增益介质在器件中心，其原理同图2、图3结构所示，它亦是利用全内反射实现对泵浦光吸收，同时由于激光增益介质截面较小，从而降低激光阈值。图4b是第一种端面示意图；图4c是第二种示意图；图4d是第三种示意图。
如图5所示的，是采用侧面泵浦上述图2、图3所示的激光器。
图6在图2、图3、图4所示的激光器结构上再加上有高反射率的漫反射或反射外套，从增强泵浦在激光棒中吸收次数，以提高吸收效率。
图7a中，7011，7012......70mm为微片激光器阵列，701为会聚透镜，702为泵浦光。这种结构可用于大会聚透镜，会聚光斑较大，而单个微片激光器制作尺寸有限时。为更加清楚说明，图7b所示的空间三维的微片激光器阵列俯视图。
图8a中，801为棒状激光腔阵列，802为会聚透镜，803为泵浦光。为更加清楚说明，图8b所示的空间三维的棒状激光器阵列俯视图。
图9中，901A为本发明所述微片或棒901B为分离腔镜片，902为会聚透镜，903为泵浦光。本发明既可以是把微片或棒构成整体激光器，亦可使用分离腔构成激光器。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：采用薄激光增益介质构成的激光器，其中激光腔的腔镜与薄激光增益介质面垂直或近似垂直以形成超薄增益介质层激光腔或波导腔，薄激光增益介质周围可以辅以其它掺杂离子的荧光材料用以吸收泵浦光形成能被激光增益介质吸收的荧光，同时通过减少薄激光增益介质厚度来提高激光腔功率密度和降低激光起振阈值，以用于低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器。
2.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的薄激光增益介质与周边的光学材料光胶、胶合、深化光胶粘为一体，并在其垂直薄面或近似垂直增益介质层端面的端面形成激光腔。
3.如权利要求2所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的薄激光增益介质面上还粘上一层低折射率光学材料紧阻此荧光材料对薄片激光增益介质振荡光吸收或形成波导腔。
4.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的薄激光增益介质厚度是可控调谐的。
5.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的薄激光增益介质可以是单一掺杂离子如Nd3+、Yb3+，亦可以是两种或两种以上掺杂离子如同掺杂Nd3+、Cr3+离子以增加对泵浦的吸收；荧光材料离子可以Cr3+、Cr4+、Ti3+离子。
6.如权利要求1或5所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：薄激光增益介质掺杂Nd3+离子可以采用1.064μm附近波长产生激光，亦可采用1.34μm附近波长光作为振荡激光。
7.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的低泵浦功率密度及连续光是太阳光。
8.如权利要求1或7所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：可采用端面泵浦，亦可侧面泵浦。
9.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的激光器谐振腔膜可以直接镀上激光器两端，亦可采用分离腔镜构成激光腔。
10.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的激光器周围非入射光端口可放镀上泵浦光反射膜或放置可反射泵浦介质面或外套以增加对泵浦光吸收。
11.如权利要求1所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：在泵浦光聚焦上放上单个激光器或阵列的激光器。
12.如权利要求1、9或10任一所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的激光器是微片激光器。
13.如权利要求1、9或10任一所述的实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法，其特征在于：所述的激光器是棒状激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100722337A CN101442177B (zh) | 2008-11-24 | 2008-11-24 | 一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100722337A CN101442177B (zh) | 2008-11-24 | 2008-11-24 | 一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101442177A true CN101442177A (zh) | 2009-05-27 |
| CN101442177B CN101442177B (zh) | 2012-04-18 |
Family
ID=40726490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100722337A Active CN101442177B (zh) | 2008-11-24 | 2008-11-24 | 一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101442177B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102082390A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 长春理工大学 | 太阳光光纤组束泵浦固体激光器 |
| CN106356708A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-01-25 | 上海卫星工程研究所 | 基于阳光泵浦的星上多激光载波生成系统和方法 |
| CN113615014A (zh) * | 2019-03-29 | 2021-11-05 | 三菱电机株式会社 | 半导体激光装置 |
-
2008
- 2008-11-24 CN CN2008100722337A patent/CN101442177B/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102082390A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 长春理工大学 | 太阳光光纤组束泵浦固体激光器 |
| CN106356708A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-01-25 | 上海卫星工程研究所 | 基于阳光泵浦的星上多激光载波生成系统和方法 |
| CN113615014A (zh) * | 2019-03-29 | 2021-11-05 | 三菱电机株式会社 | 半导体激光装置 |
| CN113615014B (zh) * | 2019-03-29 | 2023-12-08 | 三菱电机株式会社 | 半导体激光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101442177B (zh) | 2012-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1646117B1 (en) | Optical amplifier comprising an end pumped zig-zag slab gain medium | |
| US9507088B2 (en) | Asymmetric PWG with asymmetric cooling | |
| EP2369384A1 (en) | A planar waveguide and a method of fabricating a planar waveguide | |
| JP7037731B2 (ja) | フォノンバンド端発光に基づく全固体大出力スラブレーザ | |
| CA2627418A1 (en) | High power, end pumped laser with off-peak pumping | |
| CN111555105A (zh) | 一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统 | |
| CN101483317A (zh) | 一种半导体激光器的泵浦方式 | |
| CN101442177B (zh) | 一种实现低泵浦功率密度及连续光泵浦激光器的方法 | |
| CN103972776B (zh) | 激光二极管泵浦的克尔透镜锁模Yb:(YLa)2 O3 全固态飞秒激光器 | |
| CN101436747B (zh) | 半导体泵浦ase激光器 | |
| CN113594842A (zh) | 一种铒掺杂激光器超短脉冲产生装置及方法 | |
| CN101540470A (zh) | 一种激光器 | |
| CN100456579C (zh) | 一种端面泵浦板条激光器件 | |
| CN106532422A (zh) | 六波长输出的被动调Qc切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器 | |
| CN108923236B (zh) | 一种基于钕离子掺杂的钒酸盐晶体激光器 | |
| CN208352709U (zh) | 一种微片脊波导激光器及微片脊波导可调谐激光器 | |
| CN100452572C (zh) | 基于铒镱共掺双包层光纤的中红外高功率激光光源 | |
| CN102044834A (zh) | 一种非线性镜自锁模激光器 | |
| CN114498257A (zh) | 一种四程板条激光放大系统 | |
| CN210201153U (zh) | 中长波红外激光器 | |
| CN101494355A (zh) | 一种双腔激光器 | |
| CN1988297A (zh) | 棱镜扩束技术和半导体激光泵浦的固体板条激光器 | |
| CN112448257A (zh) | 调q钬激光器 | |
| CN106207732B (zh) | 一种两步激发连续波紫外激光器的方法 | |
| CN212810846U (zh) | 一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170929 Address after: Jinan District Fuk new road 350000 Fuzhou city of Fujian province No. 253 CATIC industrial district Patentee after: Fuzhou Photop Technologies Inc. Address before: No. 39 Fuxing Road, Jinan District, Fuzhou city of Fujian Province in 350014 Patentee before: Photop Technologies, Inc. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |