CN104158084A - 基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置 - Google Patents

基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置 Download PDF

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姚宝权
刘伟
鞠有伦
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Abstract

基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，属于单纵模激光发射技术领域。本发明是为了解决现有Tm,Ho共掺单纵模激光器在常温条件下由于上转换效应导致量子损耗大，进而获得的激光增益较低的问题。所述装置为：泵浦光通过第一变换透镜、第二变换透镜和激光输入镜后入射到Ho:YAG晶体上，再经起偏元件后输出线偏振光，调整第一波长调谐元件和第二波长调谐元件的角度，使只有一个模式的线偏振光通过第一波长调谐元件和第二波长调谐元件后入射到输出耦合镜的入射面上，在输出耦合镜和激光输入镜形成的谐振腔内往返传播，形成激光振荡，最终在输出耦合镜输出端获得2μm连续单纵模激光。本发明为一种单纵模激光发射装置。

Description

基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置
技术领域
本发明涉及基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，属于单纵模激光发射技术领域。
背景技术
由于具有相干性好、线宽窄、频率稳定等特点，单纵模激光器广泛的应用于光学频标、精细光谱测量、相干通信、激光雷达等领域。2μm波段激光由于处于人眼安全波段和大气的弱吸收带，因此2μm波段单纵模激光器在军事、医疗、科学研究等诸多领域显示出越来越广泛的应用前景。目前，获得2μm单纵模激光输出的主要技术是以单掺Tm或Tm,Ho共掺晶体为激光工作介质，采用短腔法、F-P标准具法、单向环形腔法、耦合腔法等方案实现2μm单纵模激光输出。其中，单掺Tm单纵模激光器虽然结构紧凑，但是单掺Tm晶体发射截面小、热效应严重，从而导致单掺Tm单纵模激光器增益较小、效率较低、热稳定性较差；Tm,Ho共掺单纵模激光器在常温条件下激光下能级上有粒子数布居，离子间的能量转移导致Ho离子上转换和再吸收损耗非常大，导致Tm,Ho共掺单纵模激光器的输出功率和效率受到极大的限制。
为了在常温条件下提高2μm单纵模激光器的输出功率和效率，需要摒弃敏化粒子对2μm激光器的影响，消除上转换和再吸收损耗的影响。
发明内容
本发明目的是为了解决现有Tm,Ho共掺单纵模激光器在常温条件下由于上转换效应导致量子损耗大，进而获得的激光增益较低的问题，提供了一种基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置。
本发明所述基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，它采用Tm:YLF激光器发射的泵浦光作为泵浦源，它包括单掺Ho:YAG激光振荡器和泵浦光耦合系统，单掺Ho:YAG激光振荡器由激光输入镜、Ho:YAG晶体、起偏元件、第一波长调谐元件、第二波长调谐元件和输出耦合镜组成，泵浦光耦合系统由第一变换透镜和第二变换透镜组成，
Tm:YLF激光器发出的波长为1908nm的泵浦光依次通过第一变换透镜、第二变换透镜和激光输入镜后入射到Ho:YAG晶体上，Ho:YAG晶体的光入射面和光出射面上均镀有泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，Ho:YAG晶体的出射光经起偏元件后输出线偏振光，调整第一波长调谐元件和第二波长调谐元件的角度，使只有一个模式的所述线偏振光通过第一波长调谐元件和第二波长调谐元件后入射到输出耦合镜的入射面上，然后在输出耦合镜和激光输入镜形成的谐振腔内往返传播，形成激光振荡，最终在输出耦合镜的输出端获得2μm连续单纵模激光。
起偏元件为0.5mm厚F-P标准具。
第一波长调谐元件为1mm厚F-P标准具；第二波长调谐元件为6mm厚F-P标准具。
激光输入镜镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜；输出耦合镜镀有泵浦光高透且振荡光部分透射的介质膜；第一变换透镜和第二变换透镜镀有泵浦光高透的介质膜。
输出耦合镜为平凹透镜，其曲率半径为200mm，透过率为68％。
Ho:YAG晶体的掺杂浓度为0.8％。
本发明的优点：本发明装置依据以下原理产生：采用单掺Tm激光直接泵浦单掺Ho晶体是常温条件下获得高效率2μm激光输出理想的技术途径，使用1.9μm激光作为泵浦源，运转在2μm波段的单掺Ho激光器属于准二能级激光系统，其对工作温度不敏感，热透镜效应较弱；量子损耗小，可获得较高的激光增益；不存在Tm3+与Ho3+之间的驰豫过程，上转换效应小。依此获得的本发明以1.9μm波段Tm:YLF激光器为泵浦源泵浦Ho:YAG晶体，采用双F-P标准具实现单掺Ho:YAG激光器线偏振单纵模激光输出，有效的提高了2μm单纵模激光输出功率和效率。为精细光谱测量、激光雷达提供了适合的激光光源。
本发明所述激光发射装置做到了全固态和小型化，可提供高功率、高效率、单纵模线偏振连续2微米激光输出。
附图说明
图1是本发明所述基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，它采用Tm:YLF激光器发射的泵浦光作为泵浦源，它包括单掺Ho:YAG激光振荡器和泵浦光耦合系统，单掺Ho:YAG激光振荡器由激光输入镜1、Ho:YAG晶体2、起偏元件3、第一波长调谐元件4、第二波长调谐元件5和输出耦合镜6组成，泵浦光耦合系统由第一变换透镜7和第二变换透镜8组成，
Tm:YLF激光器发出的波长为1908nm的泵浦光依次通过第一变换透镜7、第二变换透镜8和激光输入镜1后入射到Ho:YAG晶体2上，Ho:YAG晶体2的光入射面和光出射面上均镀有泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，Ho:YAG晶体2的出射光经起偏元件3后输出线偏振光，调整第一波长调谐元件4和第二波长调谐元件5的角度，使只有一个模式的所述线偏振光通过第一波长调谐元件4和第二波长调谐元件5后入射到输出耦合镜6的入射面上，然后在输出耦合镜6和激光输入镜1形成的谐振腔内往返传播，形成激光振荡，最终在输出耦合镜6的输出端获得2μm连续单纵模激光。
本实施方式中，起偏元件3保证了激光发射装置输出激光为线偏振；第一波长调谐元件4和第二波长调谐元件5通过角度调整，使只有一个模式的激光能够透过F-P标准具在谐振腔内往返传播，并形成激光振荡，而其他模式的激光因不能透过F-P标准具而具有很大的损耗，无法在谐振腔内形成激光振荡，从而达到选取单纵模的目的，最终实现Ho:YAG激光发射装置2μm单纵模激光输出。2μm连续单纵模激光从输出耦合镜6处输出。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，起偏元件3为0.5mm厚F-P标准具。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，第一波长调谐元件4为1mm厚F-P标准具；第二波长调谐元件5为6mm厚F-P标准具。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，激光输入镜1镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜；输出耦合镜6镀有泵浦光高透且振荡光部分透射的介质膜；第一变换透镜7和第二变换透镜8镀有泵浦光高透的介质膜。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，输出耦合镜6为平凹透镜，其曲率半径为200mm，透过率为68％。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一、二、三、四或五作进一步说明，Ho:YAG晶体2的掺杂浓度为0.8％。
经实验验证，本发明装置在Tm:YLF激光器泵浦功率为14.5W时，可获得最高功率为1.15W的连续线偏振单纵模2微米激光输出，激光器斜率效率为20.4％，其输出激光水平方向和垂直方向光束质量因子分别为1.13和1.17。

Claims (6)

1.一种基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，它采用Tm:YLF激光器发射的泵浦光作为泵浦源，其特征在于，它包括单掺Ho:YAG激光振荡器和泵浦光耦合系统，单掺Ho:YAG激光振荡器由激光输入镜(1)、Ho:YAG晶体(2)、起偏元件(3)、第一波长调谐元件(4)、第二波长调谐元件(5)和输出耦合镜(6)组成，泵浦光耦合系统由第一变换透镜(7)和第二变换透镜(8)组成，
Tm:YLF激光器发出的波长为1908nm的泵浦光依次通过第一变换透镜(7)、第二变换透镜(8)和激光输入镜(1)后入射到Ho:YAG晶体(2)上，Ho:YAG晶体(2)的光入射面和光出射面上均镀有泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，Ho:YAG晶体(2)的出射光经起偏元件(3)后输出线偏振光，调整第一波长调谐元件(4)和第二波长调谐元件(5)的角度，使只有一个模式的所述线偏振光通过第一波长调谐元件(4)和第二波长调谐元件(5)后入射到输出耦合镜(6)的入射面上，然后在输出耦合镜(6)和激光输入镜(1)形成的谐振腔内往返传播，形成激光振荡，最终在输出耦合镜(6)的输出端获得2μm连续单纵模激光。
2.根据权利要求1所述的基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，其特征在于，起偏元件(3)为0.5mm厚F-P标准具。
3.根据权利要求2所述的基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，其特征在于，第一波长调谐元件(4)为1mm厚F-P标准具；第二波长调谐元件(5)为6mm厚F-P标准具。
4.根据权利要求3所述的基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，其特征在于，激光输入镜(1)镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜；输出耦合镜(6)镀有泵浦光高透且振荡光部分透射的介质膜；第一变换透镜(7)和第二变换透镜(8)镀有泵浦光高透的介质膜。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，其特征在于，输出耦合镜(6)为平凹透镜，其曲率半径为200mm，透过率为68％。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的基于F-P标准具的单掺Ho:YAG单纵模激光发射装置，其特征在于，Ho:YAG晶体(2)的掺杂浓度为0.8％。
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