CN103107479A - 基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器 - Google Patents

基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器 Download PDF

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Abstract

一种基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，包括泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、第一全反镜、增益介质、第二全反镜和第二输出镜，上述各元部件的连接关系是：沿泵浦光路依次是所述的泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、增益介质、第一全反镜；沿激光光路依次是第二全反镜、增益介质、第二输出镜。本发明该激光器具有稳定性好，光束质量高，输出功率和效率都很高的特点。可应用的领域包括激光测距、激光遥感、激光成像、光电对抗、医学诊断和治疗、材料处理、光学信号处理和数据处理等领域。

Description

基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器
技术领域
本发明涉及中红外固体激光器,特别是一种基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器。
背景技术
中红外激光器广泛应用于激光测距，激光遥感，激光成像，光电对抗，医学诊断和治疗，材料处理，光学信号处理，数据处理等领域。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容易满足上述要求，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践工作，现在产生2.9μm激光的技术尚未成熟。获得2.9μm激光的方法目前只有用1150μm LD泵浦Ho3+、Pr3+共掺光纤，但是这种方法会带来较大的损耗，大大降低了激光器的整机效率，结构相对比较复杂，更主要是成本也比较高。为实现2.9μm的高光束质量，高效率，高输出功率的中红外激光器，可以采用LD泵浦Yb:YVO4晶体，利用自拉曼产生的光泵浦Ho:LuLiF4晶体或Ho：YLiF4晶体来完成。
发明内容
为了克服上述现有2.9μm激光技术的不足，本发明提供一种基于自拉曼泵浦的中红外2.9μm固体激光器，该激光器具有稳定性好，光束质量高，输出功率和效率都很高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，特点在于其构成包括泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、第一全反镜、增益介质、第二全反镜和第二输出镜，上述各元部件的连接关系是：沿泵浦光路依次是所述的泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、增益介质、第一全反镜；沿激光光路依次是第二全反镜、增益介质、第二输出镜。
所述的自拉曼晶体为Ho：YLiF4晶体，所述的增益介质是掺钬的Ho:LuLiF4晶体或Ho：YLiF4晶体并沿a轴切割，即a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，所述的增益介质用铟片包裹置于具有微通道铜制热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15℃～20℃。
所述的泵浦源是976nm激光二极管阵列，输出的光束质量高，能量密度高，发散角小。
所述的输入耦合透镜镀有R＞99.5%的1030nm和1144nm高反膜和T＞99%的976nm高透介质膜。
所述的第一输出镜镀R＞99.5%的1030nm高反膜和R=90%的1144nm的介质膜，用于1144nm的第一反射镜为平凹镜，镀R＞99.5%高反膜。
所述的第二全反镜和第二输出镜构成激光谐振腔，所述的第二全反镜为平平镜，所述的第二输出镜为平凹镜，分别位于所述的增益介质的两侧，所述的第二全反镜镀R＞99.5%的2.9μm高反膜，所述的第二输出镜镀R=95%的2.9μm介质膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用一定浓度的Ho:LuLiF4或Ho：YLiF4晶体，晶体沿a轴切割，放置于铜质热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15℃～20℃。与普遍获得中红外激光的方式相比，利用LD泵浦的Yb:YVO4晶体自拉曼光获得2.9μm激光输出具有吸收效果好，输出功率和效率高的特点。
本发明采用976nm的LD作为泵浦源，对Yb:YVO4晶体进行泵浦，自拉曼输出的1144nm的光再对Ho:LuLiF4或Ho：YLiF4晶体进行泵浦。激光谐振腔采用平凹腔，腔长40mm,其中全反镜为平平镜，镀膜对2.9μm反射率大于99.5%，输出镜为平凹镜，曲率半径为250mm,对2.9μm反射率为95%。
本发明整机结构比较紧凑，有利于提高激光输出的和光束质量。
附图说明
图1为本发明基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器结构示意图，由图可见，本发明基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器包含：泵浦源，准直聚焦光学系统，自拉曼系统，激光器谐振腔和增益介质晶体。更具体地说，本发明基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，包括泵浦源1、光束整形装置2、输入耦合透镜3、自拉曼晶体4、Q开关5、第一输出镜6、第一全反镜7、增益介质8、第二全反镜9和第二输出镜10，上述各元部件的连接关系是：沿泵浦光路依次是所述的泵浦源1、光束整形装置2、输入耦合透镜3、自拉曼晶体4、Q开关5、第一输出镜6、增益介质8、第一全反镜7；沿激光光路依次是第二全反镜9、增益介质8、第二输出镜10。
下面是本发明一个实施例构成：
泵浦源1是输出波长为976nm的二极管阵列；光束整形装置2为准直聚焦透镜组，其中焦距分别为25mm和75mm的两个柱状的凸透镜，分别镀976nm增透膜，以减少泵浦光的损耗，经过准直聚焦透镜组2的泵浦光，经输入耦合透镜3到达自拉曼晶体－Yb:YVO4晶体4，所述的输入耦合透镜3、Yb:YVO4晶体4、Q开关5、第一输出镜6和第一全反镜7构成自拉曼光学系统，其中输入耦合透镜3镀有R＞99.5%的1030nm和1144nm高反膜和T＞99%的976nm高透介质膜，Yb:YVO4晶体4为10mm×1mm×10mm的板条，掺杂浓度为10at.%，第一输出镜6镀R＞99.5%的1030nm和R=90%的1144nm的介质膜，第一全反镜7镀R＞99.5%的1144nm的介质膜。所述的增益介质8为Ho:LuLiF4或Ho：YLiF4晶体8，掺杂浓度为1at.%，a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，晶体截面积为1mm×3mm,长度为10mm，晶体用铟片包裹置于铜质热沉中，制冷水箱将晶体的温度控制在15—20℃；所述的第二全反镜9镀R＞99.5%的2.9μm高反膜，所述的第二输出镜10为平凹镜，镀有R＝95%的2.9μm介质膜。
本发明的工作原理如下：
激光二极管阵列泵浦源1发射的泵浦光，经准直聚焦透镜组2，进入自拉曼系统，产生1144nm输出光，输出光再侧泵Ho:LuLiF4或Ho：YLiF4晶体，晶体中的基态Ho3+离子吸收泵浦光上升到5I6能级，达到粒子束反转，粒子从5I6能级跃迁到5I7能级的过程中产生2.9μm的激光，并在谐振腔内形成振荡，最终获得2.9μm激光输出。

Claims (6)

1.一种基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，特征在于其构成包括泵浦源（1）、光束整形装置（2）、输入耦合透镜（3）、自拉曼晶体（4）、Q开关（5）、第一输出镜（6）、第一全反镜（7）、增益介质（8）、第二全反镜（9）和第二输出镜（10），上述各元部件的连接关系是：沿泵浦光路依次是所述的泵浦源（1）、光束整形装置（2）、输入耦合透镜（3）自拉曼晶体（4）、Q开关（5）、第一输出镜（6）、增益介质（8）、第一全反镜（7）；沿激光光路依次是第二全反镜（9）、增益介质（8）、第二输出镜（10）。
2.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，其特征在于所述的自拉曼晶体为Ho：YLiF4晶体，所述的增益介质（8）是掺钬的Ho:LuLiF4晶体或Ho：YLiF4晶体并沿a轴切割，即a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，所述的增益介质用铟片包裹置于具有微通道铜制热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15℃～20℃。
3.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，其特征在于所述的泵浦源（1）是976nm激光二极管阵列，输出的光束质量高，能量密度高，发散角小。
4.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，其特征在于所述的输入耦合透镜（3）采用镀R＞99.5%的1030nm和1144nm高反膜和T＞99%的976nm高透介质膜。
5.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，其特征在于所述的第一输出镜（6）镀R＞99.5%的1030nm高反膜和R=90%的1144nm的介质膜，用于1144nm的第一反射镜（7）为平凹镜，镀R＞99.5%高反膜。
6.如权利要求1至5任一项所述的基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，其特征在于所述的第二全反镜（9）和第二输出镜（10）构成激光谐振腔，所述的第二全反镜（9）为平平镜，所述的第二输出镜（10）为平凹镜，分别位于所述的增益介质（8）的两侧，所述的第二全反镜（9）镀R＞99.5%的2.9μm高反膜，所述的第二输出镜（10）镀R=95%的2.9μm介质膜。
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