CN104201554A - 基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器 - Google Patents
基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器 Download PDFInfo
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Abstract
基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，属于光学领域。本发明是为了解决现有被动调Q激光器输出激光脉冲重复频率及单脉冲能量稳定性差，输出激光脉宽相对较宽的问题。本发明激光器输入镜与激光器输出耦合透镜之间为激光器的谐振腔，Er:YAG陶瓷晶体、谐振腔镜和声光调Q器件依次位于该谐振腔中，两束LD泵浦激光分别经过激光器输入镜和谐振腔镜入射至Er:YAG陶瓷晶体中，Er:YAG陶瓷晶体将两束LD泵浦激光转换为一束脉冲激光，该脉冲激光在基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器的谐振腔中震荡，获得1.6μm脉冲激光。本发明适用于主动调Q脉冲激光器领域。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种主动调Q脉冲激光器。
背景技术
1.6μm脉冲激光位于人眼安全波段，处于大气传输窗口，并且具有不同大气条件下性能稳定的特点，目前已被广泛的应用于激光通讯、遥感、测距等领域。目前，获得1.6μm脉冲激光输出的主要技术方案是以Er掺杂单晶材料为激光工作介质，采用主动调Q或被动调Q方式获得高单脉冲能量、窄脉宽的1.6μm脉冲激光输出。
相比于单晶激光材料，透明陶瓷激光材料不仅具有可与单晶激光材料相比拟的光学质量、物理化学性能和激光特性，同时还具有光学均匀性好、激光上能级寿命长、可掺杂浓度高、形状容易控制、可制备大尺寸块体等特点，能够有效的克服单晶激光材料的缺点，已成为未来激光材料的一个发展方向与新的增长点，也为新型激光器的设计与制造提供了新的基础。
采用被动调Q方式获得脉冲激光输出具有体积小、成本低、结构简单、不需要外部驱动等优势，被动调Q脉冲激光器已在众多科研、工业领域得到应用。但被动调Q脉冲激光器受其工作原理的限制，其输出激光脉冲重复频率及单脉冲能量稳定性差，输出激光脉宽相对较宽，从而在一定程度上限制了被动调Q激光器的应用范围。
发明内容
本发明是为了解决现有被动调Q激光器输出激光脉冲重复频率及单脉冲能量稳定性差，输出激光脉宽相对较宽的问题，现提供基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器。
基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，它包括：激光器输入镜、Er:YAG陶瓷晶体、谐振腔镜、声光调Q器件和激光器输出耦合透镜；
激光器输入镜与激光器输出耦合透镜之间为L型的谐振腔，该谐振腔内设置有Er:YAG陶瓷晶体、谐振腔镜和声光调Q器件；
一束LD泵浦激光经过激光器输入镜入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体的一端，另一束相同的LD泵浦激光经过谐振腔镜入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体的另一端，两束LD泵浦激光激发Er:YAG陶瓷晶体产生一束激光，所述LD泵浦激光的LD泵浦功率为10W，
该束脉冲激光在谐振腔中的激光器输入镜和激光器输出耦合透镜之间震荡，震荡获得的1.6μm脉冲激光经激光器输出耦合透镜透射输出。
相对于被动调Q脉冲激光器，本发明所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，采用双端泵浦结构，以声光Q开关为调Q器件，将被动调Q方式改为主动，并以Er:YAG陶瓷材料为激光工作介质，获得脉冲重复频率和脉冲能量稳定的1.6μm窄脉宽脉冲激光，从而为获得高稳定性1.6μm脉冲激光提供一种新的技术途径。且本发明所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，在重复频率100Hz、两束泵浦激光功率之和为20W时，可获得最高单脉冲能量为1mJ，激光脉冲宽度为48ns的脉冲1.6μm激光输出。同时本发明整个激光器全部采用固态器件，结构小型化，适用于主动调Q脉冲激光器领域。
附图说明
图1为本发明所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，它包括：激光器输入镜3、Er:YAG陶瓷晶体4、谐振腔镜5、声光调Q器件6和激光器输出耦合透镜7；
激光器输入镜3与激光器输出耦合透镜7之间为L型的谐振腔，该谐振腔内设置有Er:YAG陶瓷晶体4、谐振腔镜5和声光调Q器件6；
一束LD泵浦激光经过激光器输入镜3入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体4的一端，另一束相同的LD泵浦激光经过谐振腔镜5入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体4的另一端，两束LD泵浦激光激发Er:YAG陶瓷晶体4产生一束激光，所述LD泵浦激光LD泵浦功率为20W，
该束脉冲激光在谐振腔中的激光器输入镜3和激光器输出耦合透镜7之间震荡，震荡获得的1.6μm脉冲激光经激光器输出耦合透镜7透射输出。
本实施方式中，两束LD泵浦激光同时进入Er:YAG陶瓷晶体4中，激发Er:YAG陶瓷晶体4产生一束激光，该激光入射至谐振腔镜5，谐振腔镜5将该激光反射至声光调Q器件6，声光调Q器件6将其接收到的激光进行调Q，从而输出一束脉冲激光，该脉冲激光入射至激光器输出耦合透镜7，透过率达到3.5％的光束经激光器输出耦合透镜7透射输出，剩余光束沿原路返回至Er:YAG陶瓷晶体4中，Er:YAG陶瓷晶体4将返回光透射至激光器输入镜3上，激光器输入镜3再将其接收到的光束反射回Er:YAG陶瓷晶体4中，以此类推，激光在谐振腔中反复震荡，直至透射率达到3.5％时透射出激光器。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，它还包括：一号激光器泵浦光准直透镜1、一号泵浦光聚焦透镜2、二号泵浦光聚焦透镜8和二号激光器泵浦光准直透镜9；
一束LD泵浦光依次经过一号激光器泵浦光准直透镜1和一号泵浦光聚焦透镜2获得一束LD泵浦功率为10W的LD泵浦激光，
另一束LD泵浦光依次经过二号激光器泵浦光准直透镜9和二号泵浦光聚焦透镜8获得另一束1LD泵浦功率为10W的LD泵浦激光，
上述两束LD泵浦光波长均为1532nm。
本实施方式中，发出泵浦光的LD泵浦激光器输出端的光纤耦合芯径为200μm，数值孔径为0.22。LD泵浦激光经过准直透镜和聚焦透镜分别准直和聚焦，能够获得两束LD泵浦功率为10W的激光，该激光经过基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器的转换，可获得最高单脉冲能量为1mJ的脉冲1.6μm激光输出，其输出激光脉冲宽度为48ns。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述一号激光器泵浦光准直透镜1、一号泵浦光聚焦透镜2、二号泵浦光聚焦透镜8和二号激光器泵浦光准直透镜9的表面均镀有泵浦光透射率大于99.7％的介质膜。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述激光器输入镜3的反射面镀有泵浦光透射率大于99.7％，振荡光反射率大于99.8％的介质膜。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述谐振腔镜5的反射面镀有泵浦光透射率大于99.7％，振荡光反射率大于99.8％的介质膜。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述激光器输出耦合透镜7为平凹透镜。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述平凹透镜的曲率半径为200mm。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述激光器输出耦合透镜7的凹面镀有振荡光透过率为3.5％的介质膜。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，Er:YAG陶瓷晶体4和声光调Q器件6的端面均镀有1.6μm增透介质膜。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，所述L型谐振腔的物理腔长为130mm。
本实施方式中所述的物理腔长为L型谐振腔长边长度与短边长度之和，即谐振腔中所有元件之间物理距离之和。
具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，Er:YAG陶瓷晶体4的掺杂浓度为0.5％。
具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器作进一步说明，本实施方式中，声光调Q器件6中调Q晶体的长度为30mm，最大射频功率为25W。
本发明所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器的工作原理：
在实际应用时，一个LD(泵浦激光器)发出的泵浦光经过一号激光器泵浦光准直透镜1、一号泵浦光聚焦透镜2及激光器输入镜3入射到Er:YAG陶瓷晶体4上；另一个LD发出的泵浦光经过二号激光器泵浦光准直透镜9、二号泵浦光聚焦透镜8及谐振腔镜5入射到Er:YAG陶瓷晶体4上；从而实现泵浦光对Er:YAG陶瓷晶体4的双端泵浦。利用声光调Q器件6实现Er:YAG陶瓷激光器的脉冲输出。Er:YAG激光器谐振腔内的振荡光依次经过激光器输入镜3、Er:YAG陶瓷晶体4、谐振腔镜5、声光调Q器件6和激光器输出耦合透镜7形成激光振荡，最终在声光调Q器件6工作时产生1.6μm激光脉冲并由激光器输出耦合透镜7输出。
Claims (10)
1.基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，它包括：激光器输入镜(3)、Er:YAG陶瓷晶体(4)、谐振腔镜(5)、声光调Q器件(6)和激光器输出耦合透镜(7)；
激光器输入镜(3)与激光器输出耦合透镜(7)之间为L型的谐振腔，该谐振腔内设置有Er:YAG陶瓷晶体(4)、谐振腔镜(5)和声光调Q器件(6)；
一束LD泵浦激光经过激光器输入镜(3)入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体(4)的一端，另一束相同的LD泵浦激光经过谐振腔镜(5)入射至谐振腔内的Er:YAG陶瓷晶体(4)的另一端，两束LD泵浦激光激发Er:YAG陶瓷晶体(4)产生一束激光，所述LD泵浦激光的LD泵浦功率为10W，
该束脉冲激光在谐振腔中的激光器输入镜(3)和激光器输出耦合透镜(7)之间震荡，震荡获得的1.6μm脉冲激光经激光器输出耦合透镜(7)透射输出。
2.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，它还包括：一号激光器泵浦光准直透镜(1)、一号泵浦光聚焦透镜(2)、二号泵浦光聚焦透镜(8)和二号激光器泵浦光准直透镜(9)；
一束LD泵浦光依次经过一号激光器泵浦光准直透镜(1)和一号泵浦光聚焦透镜(2)获得一束LD泵浦功率为10W的LD泵浦激光，
另一束LD泵浦光依次经过二号激光器泵浦光准直透镜(9)和二号泵浦光聚焦透镜(8)获得另一束LD泵浦功率为10W的LD泵浦激光，
上述两束LD泵浦光波长均为1532nm。
3.根据权利要求2所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，所述一号激光器泵浦光准直透镜(1)、一号泵浦光聚焦透镜(2)、二号泵浦光聚焦透镜(8)和二号激光器泵浦光准直透镜(9)的表面均镀有泵浦光透射率大于99.7％的介质膜。
4.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，所述激光器输入镜(3)的反射面和谐振腔镜(5)的反射面均镀有泵浦光透射率大于99.7％、且振荡光反射率大于99.8％的介质膜。
5.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，所述激光器输出耦合透镜(7)为平凹透镜，且该平凹透镜的曲率半径为200mm。
6.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，所述激光器输出耦合透镜(7)的凹面镀有振荡光透过率为3.5％的介质膜。
7.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，Er:YAG陶瓷晶体(4)和声光调Q器件(6)的端面均镀有1.6μm增透介质膜。
8.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，所述L型的谐振腔的物理腔长为130mm。
9.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，Er:YAG陶瓷晶体(4)的掺杂浓度为0.5％。
10.根据权利要求1所述的基于Er:YAG陶瓷材料的1.6微米主动调Q脉冲激光器，其特征在于，声光调Q器件(6)中调Q晶体的长度为30mm，最大射频功率为25W。
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