CN102801102A

CN102801102A - 一种3.9μm中红外激光器

Info

Publication number: CN102801102A
Application number: CN2012103281135A
Authority: CN
Inventors: 金光勇; 别佳奇; 陈薪羽; 于永吉; 王超
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2012-11-28

Abstract

一种3.9μm中红外激光器，涉及一种激光器，尤其涉及一种889nmLD泵浦3.9μmHo：BYF激光器。采用LD泵浦高掺杂浓度Ho：BYF晶体的方式，在一个谐振腔内获得3.9μm中红外激光输出。整机设计大大简化了结构，避免了上转换效应和敏化离子带来的损耗，有利于提高激光输出的光束质量和稳定性。适用于中红外激光器技术研究，应用领域包括光电对抗、环境监测、激光雷达、激光医疗和光谱学研究等领域。

Description

一种3.9μm中红外激光器

技术领域

本发明涉及一种3.9μm中红外激光器，尤其涉及一种889nmLD泵浦3.9μmHo：BYF激光器。适用于中红外激光器技术研究，应用领域包括光电对抗、环境监测、激光雷达、激光医疗和光谱学研究等领域。

背景技术

中红外激光器广泛应用于激光雷达、激光医疗、光电对抗、环境监测和光谱学研究等领域。在一些领域中，需要达到高峰值功率、高光束质量、高重复频率和窄线宽等要求。固体激光器相对于其他种类的激光器更加容易满足上述要求，而且激光振荡无功热扰小，可做成轻型、紧凑、高效器件，能够满足各个领域对技术指标的要求。

国内外学者对于中红外激光器进行了大量的理论和实验工作，主要侧重于产生3-5μm激光的光学参量振荡器。中红外光学参量振荡器的抽运源为2μm激光，获得2μm激光主要有三种方法：LD抽运单掺Tm³⁺晶体，这种方式存在上转换效应，量子效率相对较低，热效应比较严重；LD抽运Tm³⁺，Ho³⁺共掺晶体，Tm³⁺离子作为敏化离子解决了Ho³⁺离子在普通LD波长范围内没有吸收峰的问题，但是敏化离子会带来较大的损耗，大大降低了激光器的整机效率；Tm³⁺激光器抽运Ho³⁺激光器，这种方式既降低了上转换效应，又不存在敏化离子的损耗，但是要求两台激光器同时运转产生的2.1μm激光作为中红外抽运源，结构相对比较复杂。而在某些领域需要光束质量高，结构简单，稳定性好的中红外激光器。为此，可以采用LD抽运高掺杂浓度Ho：BYF晶体来实现这一目的。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的中红外光参量振荡器所采用的结构较为复杂，整机成本较高，损耗较大，提供一种结构简单、整机成本较低、性能较好且损耗较低的新型中红外3.9μmHo：BYF激光器。

一种889nmLD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，采用输出波长为889nm的LD作为泵浦，选取高掺杂浓度的Ho：BYF晶体作为增益介质。高掺杂浓度Ho：BYF晶体吸收889nm波长泵浦光直接产生3.9μm激光输出，其特征在于选取的激光增益介质为高掺杂浓度的Ho：BYF晶体，能够直接吸收889nm泵浦光，作为激光增益介质。泵浦光经过耦合透镜进入谐振腔，全反镜为平平镜，输出镜为平凹镜，分别位于激光增益介质两侧，构成谐振腔。

所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于Ho：BYF激光增益介质掺杂浓度为30％，以布儒斯特角切割，a轴沿着激光方向，b轴沿着激光和泵浦光的电场方向。增益介质用铟片包裹置于铜制热沉重，使用TEC将温度控制在20℃。

所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于全反镜采用镀R＞99.5％的3.9μm高反和T＞90％的889nm高透双色介质膜。

所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于激光输出平凹镜镀R＝96％的3.9μm高反介质膜。

在激光器设计过程中，本发明采用掺杂浓度为30％的Ho：BYF晶体，晶体端面以布儒斯特角切割放置与铜质热沉中，使用TEC将温度控制在20℃。与普遍使用的光参量振荡器获得中红外激光的方式相比，LD抽运高掺杂浓度Ho晶体获得3.9μm激光具有更加简单的结构，调节难度大大降低，整机成本也相对降低。

本发明提供了一种LD抽运高掺杂浓度Ho：BYF晶体的方法和装置。采用889nm的LD作为抽运源，对掺杂浓度为30％的Ho：BYF晶体进行抽运，为满足BYF晶体的偏振吸收特性，在抽运源和全反镜之间加起偏器。采用平凹腔，腔长30cm，其中全反镜为平平镜，镀膜对3.9μm反射率大于99.5％，对889nm波长透过率大于90％，输出镜为平凹镜，曲率半径为30cm，对3.9μm反射率为96％。掺杂浓度为30％的Ho：BYF晶体端面以布儒斯特角切割，置于铜质热沉中，使用TEC将温度控制在20℃。整机设计大大简化了结构，避免了上转换效应和敏化离子带来的损耗，有利于提高激光输出的光束质量和稳定性。

本发明的突出效果将在具体实施方式中加以进一步的说明。

附图说明

图1为889nmLD泵浦3.9μmHo：BYF激光器装置图；

具体实施方式

如图1所示，本发明3.9μm中红外激光器包含：LD光纤耦合系统、3.9μmHo：BYF激光器谐振腔。更具体地说，本发明由如下器件构成(从左至右)：

LD泵浦源1，输出波长为889nm，输出889nm激光半径为400μm；耦合透镜组2，其中包含焦距分别为35mm和75mm的两个平凸透镜，分别镀889nm增透膜，以减少泵浦光的损耗，经过耦合透镜组2，泵浦光到达工作物质时半径为800μm；平平透镜3，镀有反射率大于99.5％的3.9μm高反介质膜和透过率大于90％的889nm高透双色介质膜；掺钬氟化钇钡晶体4，掺杂浓度为30％，以布儒斯特角切割，a轴沿着激光方向，b轴沿着激光和泵浦光的电场方向，晶体截面积为4mm×5mm，长度为8mm，增益介质用铟片包裹置于铜制热沉重，将热沉置于TEC上，将晶体温度控制在20℃；平凹透镜5，镀有R＝96％的3.9μm高反介质膜。

本发明激光器装置的激光输出波长为3.9μm。激光二极管泵浦源1发射889nm泵浦光，光斑半径为400μm，889nm泵浦光入射到耦合透镜组2，经过耦合透镜组2后，泵浦光斑半径变为800μm，泵浦光经过3.9μm全反镜3入射到镀有增透膜Ho：BYF激光晶体4中，Ho：BYF晶体在890nm附近为弱吸收峰，因此选用掺杂浓度为30％的高掺晶体，并以布儒斯特角切割，以满足晶体的偏振吸收特性，这样才能使晶体达到粒子数反转，形成的3.9μm激光在全反镜3和部分反射镜5之间往返振荡，最终获得3.9μm激光输出。

本发明的工作原理如下：

由于Ho：BYF晶体在890nm附近为弱吸收峰，因此低掺杂浓度的Ho：BYF晶体对889nm抽运光的吸收不足以使其形成粒子数反转。只有在高掺杂浓度下，Ho：BYF晶体才会吸收足够的抽运光，形成粒子数反转，进而产生激光输出。为满足Ho：BYF晶体的偏振吸收特性，将晶体以布儒斯特角切割，使抽运光在晶体中的吸收达到最大。当抽运光入射到Ho：BYF晶体，晶体中基态Ho³⁺离子吸收抽运光上升到⁵I₅能级，从⁵I₅能级跃迁到⁵I₆能级的过程产生波长3.9μm的激光输出。

Claims

1.一种889nmLD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，采用输出波长为889nm的LD作为泵浦，选取高掺杂浓度的Ho：BYF晶体作为增益介质。高掺杂浓度Ho：BYF晶体吸收889nm波长泵浦光直接产生3.9μm激光输出，其特征在于选取的激光增益介质为高掺杂浓度的Ho：BYF晶体，能够直接吸收889nm泵浦光，作为激光增益介质。泵浦光经过耦合透镜进入谐振腔，全反镜为平平镜，输出镜为平凹镜，分别位于激光增益介质两侧，构成谐振腔。

2.如权利要求1所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于Ho：BYF激光增益介质掺杂浓度为30％，以布儒斯特角切割，a轴沿着激光方向，b轴沿着激光和泵浦光的电场方向。增益介质用铟片包裹置于铜制热沉重，使用TEC将温度控制在20℃。

3.如权利要求1所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于全反镜采用镀R＞99.5％的3.9μm高反和T＞90％的889nm高透双色介质膜。

4.如权利要求1所述的LD泵浦3.9μmHo：BYF激光器，其特征在于激光输出平凹镜镀R＝96％的3.9μm高反介质膜。