CN103500919A - 基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器 - Google Patents
基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器 Download PDFInfo
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Abstract
基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，涉及LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器领域。解决了现有2μm固体激光器发射的2μm波长激光在大气中的透过率低、同时存在能量转换效率低的问题。该固体激光器的Tm,Ho:YAP连续激光器将接收到的LD泵浦光转换为种子光，耦合系统将Tm,Ho:YAP连续激光器发射出的种子光发射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置，Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置接收该种子光并输出单频脉冲激光，注入锁频伺服系统用于控制Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置的单频输出。本发明适用于向雷达系统输出单频2μm脉冲激光。
Description
技术领域
本发明涉及LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器领域。
背景技术
差分吸收激光雷达和相干多普勒测风雷达是实时测量气体成分和大气风场的有力工具，凭借较高的大气传输透过率，2μm种子注入单频脉冲固体激光器是上述激光雷达的高性能激光发射源。根据大气透过率谱，相同功率下波长越长的2μm激光的传输距离越远，越有利于增大激光雷达的测量距离。激光二极管（laser diode,LD）直接泵浦的2μm固体激光装置具有结构紧凑、性能稳定及易于维护等的优点，非常适合于实际应用。LD泵浦的Tm\Ho掺杂材料是实现2μm输出的有效途径，主要有三种LD泵浦的Tm\Ho掺杂材料：（1）800nm左右LD泵浦单掺Tm材料；（2）1.9μm左右LD泵浦单掺Ho材料；（3）800nm左右LD泵浦Tm,Ho双掺材料。材料（1）由于其增益峰集中在1.9μm左右，难以实现大气透过率更高的2.1μm波长激光；材料（2）可以实现2.1μm波长激光输出，但是目前的1.9μm左右LD制作工艺不成熟，导致整个装置转换效率低、废热量大。相比之下，材料（3）将材料（1）和材料（2）的优势结合在一起，克服了上述缺点，即可以使用技术成熟的800nm左右LD作为泵浦源，又可以实现大气透过率较高的2.1μm波长激光输出。
发明内容
本发明为了解决现有2μm固体激光器发射的2μm波长激光在大气中的透过率低、同时存在能量转换效率低的问题，提出了基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器。
基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，它包括Tm,Ho:YAP连续激光器、耦合系统、Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置和注入锁频伺服系统，
Tm,Ho:YAP连续激光器将接收到的LD泵浦光转换为种子光，耦合系统将Tm,Ho:YAP连续激光器发射出的种子光发射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置，Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置接收该种子光并输出单频脉冲激光，注入锁频伺服系统用于控制Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置的单频输出。
所述Tm,Ho:YAP连续激光器包括一号半导体激光器、一号Tm,Ho:YAP晶体和一号液氮杜瓦瓶，
一号Tm,Ho:YAP晶体安装在一号液氮杜瓦瓶内，一号半导体激光器发射出的LD泵浦光透过一号液氮杜瓦瓶入射至一号Tm,Ho:YAP晶体，一号Tm,Ho:YAP晶体吸收LD泵浦光后发射出种子光，种子光透过一号液氮杜瓦瓶入射至耦合系统。
所述耦合系统包括一号变换透镜、二分之一波片、光学隔离元件、一号全反镜、二号全反镜和二号变换透镜，
一号变换透镜接收Tm,Ho:YAP连续激光器发射出的种子光，并将该种子光进行透镜变换后入射至二分之一波片，种子光经过二分之一波片后入射至光学隔离元件进行光学隔离，光学隔离后的种子光入射至一号全反镜，一号全反镜将种子光全反射后入射至二号全反镜，二号全反镜将种子光全反射后入射至二号变换透镜，二号变换透镜将种子光进行透镜变换后作为耦合系统的输出光，该耦合系统的输出光入射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置。
所述Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置包括二号半导体激光器、输出耦合镜、一号2μm全反镜、二号液氮杜瓦瓶、二号Tm,Ho:YAP晶体、二号2μm全反镜、三号2μm全反镜和声光调Q晶体，
耦合系统的输出光通过输出耦合镜透射至一号2μm全反镜，一号2μm全反镜将耦合系统的输出光反射至二号液氮杜瓦瓶，二号Tm,Ho:YAP晶体安装在二号液氮杜瓦瓶中，耦合系统的输出光穿过二号液氮杜瓦瓶入射至二号Tm,Ho:YAP晶体的一端，二号半导体激光器发射出的LD泵浦光经一号2μm全反镜透射至二号Tm,Ho:YAP晶体的一端，二号Tm,Ho:YAP晶体的另一端发射出的激光入射至二号2μm全反镜，二号2μm全反镜将该激光反射至三号2μm全反镜，三号2μm全反镜将该激光反射至声光调Q晶体，该激光经声光调Q晶体和输出耦合镜透射形成Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置的输出光。
所述注入锁频伺服系统包括压电陶瓷、红外探测器和电学伺服系统，
压电陶瓷的一面与三号2μm全反镜的光路外侧的一面固定，压电陶瓷的电压信号输入端与电学伺服系统的电压信号输出端连接，红外探测器位于压电陶瓷的另一面，红外探测器的电信号输出端与电学伺服系统的电信号输入端连接，电学伺服系统的控制信号输出端与声光调Q晶体的控制信号输入端连接。
有益效果：本发明采用Tm,Ho:YAP晶体作为激光介质，使用波长为795nm的LD作为泵浦源，利用液氮杜瓦瓶对晶体进行温度控制，使装置能够输出稳定的激光，进而使能量的转换效率提高了10%以上，运用注入锁定技术，使装置能够实现输出大气透过率更高的2μm波长激光，实现了雷达系统所需要的单频脉冲2μm激光输出。
附图说明
图1为基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，它包括Tm,Ho:YAP连续激光器21、耦合系统22、Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23和注入锁频伺服系统24，
Tm,Ho:YAP连续激光器21将接收到的LD泵浦光转换为种子光，耦合系统22将Tm,Ho:YAP连续激光器21发射出的种子光发射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23，Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23接收该种子光并输出单频脉冲激光，注入锁频伺服系统24用于控制Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23的单频输出。
具体实施方式二、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述Tm,Ho:YAP连续激光器21包括一号半导体激光器1、一号Tm,Ho:YAP晶体3和一号液氮杜瓦瓶2，
一号Tm,Ho:YAP晶体3安装在一号液氮杜瓦瓶2内，一号半导体激光器1发射出的LD泵浦光透过一号液氮杜瓦瓶2入射至一号Tm,Ho:YAP晶体3，一号Tm,Ho:YAP晶体3吸收LD泵浦光后发射出种子光，种子光透过一号液氮杜瓦瓶2入射至耦合系统22。
本实施方式中，一号Tm,Ho:YAP晶体3安装在一号液氮杜瓦瓶2中，利用一号液氮杜瓦瓶2将一号Tm,Ho:YAP晶体3的温度保持在77K，使Tm,Ho:YAP连续激光器21能够发射出稳定的种子光。
具体实施方式三、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述耦合系统22包括一号变换透镜4、二分之一波片5、光学隔离元件6、一号全反镜7、二号全反镜8和二号变换透镜9，
一号变换透镜4接收Tm,Ho:YAP连续激光器21发射出的种子光，并将该种子光进行透镜变换后入射至二分之一波片5，种子光经过二分之一波片5后入射至光学隔离元件6进行光学隔离，光学隔离后的种子光入射至一号全反镜7，一号全反镜7将种子光全反射后入射至二号全反镜8，二号全反镜8将种子光全反射后入射至二号变换透镜9，二号变换透镜9将种子光进行透镜变换后作为耦合系统22的输出光，该耦合系统22的输出光入射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23。
具体实施方式四、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23包括二号半导体激光器17、输出耦合镜10、一号2μm全反镜11、二号液氮杜瓦瓶12、二号Tm,Ho:YAP晶体13、二号2μm全反镜14、三号2μm全反镜15和声光调Q晶体16，
耦合系统22的输出光通过输出耦合镜10透射至一号2μm全反镜11，一号2μm全反镜11将耦合系统22的输出光反射至二号液氮杜瓦瓶12，二号Tm,Ho:YAP晶体13安装在二号液氮杜瓦瓶12中，耦合系统22的输出光穿过二号液氮杜瓦瓶12入射至二号Tm,Ho:YAP晶体13的一端，二号半导体激光器17发射出的LD泵浦光经一号2μm全反镜11透射至二号Tm,Ho:YAP晶体13的一端，二号Tm,Ho:YAP晶体13的另一端发射出的激光入射至二号2μm全反镜14，二号2μm全反镜14将该激光反射至三号2μm全反镜15，三号2μm全反镜15将该激光反射至声光调Q晶体16，该激光经声光调Q晶体16和输出耦合镜10透射形成Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置23的输出光。
本实施方式中，二号Tm,Ho:YAP晶体13安装在二号液氮杜瓦瓶12中，利用二号液氮杜瓦瓶12将二号Tm,Ho:YAP晶体13的温度保持在77K，使二号Tm,Ho:YAP晶体13能够输出稳定的激光。
本实施方式中，当声光调Q晶体16的调Q重复频率为100Hz时，获得单脉冲能量达到2.8mJ的2130.7nm单频脉冲激光输出，激光线宽为4.5MHz，脉冲宽度为289ns。
具体实施方式五、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述注入锁频伺服系统24包括压电陶瓷18、红外探测器19和电学伺服系统20，
压电陶瓷18的一面与三号2μm全反镜15的光路外侧的一面固定，压电陶瓷18的电压信号输入端与电学伺服系统20的电压信号输出端连接，红外探测器19位于压电陶瓷18的另一面，红外探测器19的电信号输出端与电学伺服系统20的电信号输入端连接，电学伺服系统20的控制信号输出端与声光调Q晶体16的控制信号输入端连接。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述一号半导体激光器1和二号半导体激光器17发射的LD泵浦光的波长均为795nm。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述三号2μm全反镜15和输出耦合镜10均为平凹镜，其曲率半径均为1000mm。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述一号液氮杜瓦瓶2的窗口片和二号液氮杜瓦瓶12的窗口片均镀有泵浦光且振荡光透射率均为99.5%的介质膜。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述一号全反镜7、二号全反镜8、一号2μm全反镜11、二号2μm全反镜14和三号2μm全反镜15的反射面均镀有泵浦光透射率为99.5%，且振荡光反射率为99.7%的介质膜。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器的区别在于，所述输出耦合镜10的一面镀有振荡光透射率为13%的介质膜。
Claims (10)
1.基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，它包括Tm,Ho:YAP连续激光器（21）、耦合系统（22）、Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）和注入锁频伺服系统（24），
Tm,Ho:YAP连续激光器（21）将接收到的LD泵浦光转换为种子光，耦合系统（22）将Tm,Ho:YAP连续激光器（21）发射出的种子光发射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23），Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）接收该种子光并输出单频脉冲激光，注入锁频伺服系统（24）用于控制Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）的单频输出。
2.根据权利要求1所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述Tm,Ho:YAP连续激光器（21）包括一号半导体激光器（1）、一号Tm,Ho:YAP晶体（3）和一号液氮杜瓦瓶（2），
一号Tm,Ho:YAP晶体（3）安装在一号液氮杜瓦瓶（2）内，一号半导体激光器（1）发射出的LD泵浦光透过一号液氮杜瓦瓶（2）入射至一号Tm,Ho:YAP晶体（3），一号Tm,Ho:YAP晶体（3）吸收LD泵浦光后发射出种子光，种子光透过一号液氮杜瓦瓶（2）入射至耦合系统（22）。
3.根据权利要求1或2所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述耦合系统（22）包括一号变换透镜（4）、二分之一波片（5）、光学隔离元件（6）、一号全反镜（7）、二号全反镜（8）和二号变换透镜（9），
一号变换透镜（4）接收Tm,Ho:YAP连续激光器（21）发射出的种子光，并将该种子光进行透镜变换后入射至二分之一波片（5），种子光经过二分之一波片（5）后入射至光学隔离元件（6）进行光学隔离，光学隔离后的种子光入射至一号全反镜（7），一号全反镜（7）将种子光全反射后入射至二号全反镜（8），二号全反镜（8）将种子光全反射后入射至二号变换透镜（9），二号变换透镜（9）将种子光进行透镜变换后作为耦合系统（22）的输出光，该耦合系统（22）的输出光入射至Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）。
4.根据权利要求3所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）包括二号半导体激光器（17）、输出耦合镜（10）、一号2μm全反镜（11）、二号液氮杜瓦瓶（12）、二号Tm,Ho:YAP晶体（13）、二号2μm全反镜（14）、三号2μm全反镜（15）和声光调Q晶体（16），
耦合系统（22）的输出光通过输出耦合镜（10）透射至一号2μm全反镜（11），一号2μm全反镜（11）将耦合系统（22）的输出光反射至二号液氮杜瓦瓶（12），二号Tm,Ho:YAP晶体（13）安装在二号液氮杜瓦瓶（12）中，耦合系统（22）的输出光穿过二号液氮杜瓦瓶（12）入射至二号Tm,Ho:YAP晶体（13）的一端，二号半导体激光器（17）发射出的LD泵浦光经一号2μm全反镜（11）透射至二号Tm,Ho:YAP晶体（13）的一端，二号Tm,Ho:YAP晶体（13）的另一端发射出的激光入射至二号2μm全反镜（14），二号2μm全反镜（14）将该激光反射至三号2μm全反镜（15），三号2μm全反镜（15）将该激光反射至声光调Q晶体（16），该激光经声光调Q晶体（16）和输出耦合镜（10）透射形成Tm,Ho:YAP脉冲激光发生装置（23）的输出光。
5.根据权利要求1所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述注入锁频伺服系统（24）包括压电陶瓷（18）、红外探测器（19）和电学伺服系统（20），
压电陶瓷（18）的一面与三号2μm全反镜（15）的光路外侧面固定，压电陶瓷（18）的电压信号输入端与电学伺服系统（20）的电压信号输出端连接，红外探测器（19）位于压电陶瓷（18）的另一面，红外探测器（19）的电信号输出端与电学伺服系统（20）的电信号输入端连接，电学伺服系统（20）的控制信号输出端与声光调Q晶体（16）的控制信号输入端连接。
6.根据权利要求4所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述一号半导体激光器（1）和二号半导体激光器（17）发射的LD泵浦光的波长均为795nm。
7.根据权利要求4所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述三号2μm全反镜（15）和输出耦合镜（10）均为平凹镜，其曲率半径均为1000mm。
8.根据权利要求4所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述一号液氮杜瓦瓶（2）的窗口片和二号液氮杜瓦瓶（12）的窗口片均镀有泵浦光且振荡光透射率均为99.5%的介质膜。
9.根据权利要求4所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述一号全反镜（7）、二号全反镜（8）、一号2μm全反镜（11）、二号2μm全反镜（14）和三号2μm全反镜（15）的反射面均镀有泵浦光透射率为99.5%，且振荡光反射率为99.7%的介质膜。
10.根据权利要求4所述的基于注入锁定方式的LD泵浦脉冲单频Tm,Ho:YAP固体激光器，其特征在于，所述输出耦合镜（10）的一面镀有振荡光透射率为13%的介质膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140108 |