CN104409961A - 一种线偏振输出的2μm激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线偏振输出的2μm激光器装置，包括1.9μm激光泵浦源、光学耦合系统、Ho:YAG激光晶体、YAG晶体、声光Q开关、第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜，所述的1.9μm激光泵浦源产生的泵浦光经过光学耦合系统后注入Ho:YAG激光晶体，所述Ho:YAG激光晶体的一端具有一个梯形横截面，该梯形的腰与上底边的夹角为特定的角度α，使得传输方向与另一端面垂直的激光在该截面折射时满足布儒斯特条件，所述的Ho:YAG激光晶体、第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜共同组成2μm激光器谐振腔；本装置可实现高光束质量、高功率和线偏振激光输出，还具有结构简单、调节方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及全固态激光领域，特别涉及一种结构紧凑、调试方便、线偏振输出的2μm激光器装置。
背景技术
2μm激光位于人眼安全波段和大气的弱吸收带内，因此在激光雷达、环境监测以及医学诊断等领域有较好的应用前景。此外，由2μm激光经非线性光学变换后可以得到处于大气窗口3—5μm波段内的中红外激光，该波段激光在红外对抗、光谱学、遥感等领域有重要的应用。
目前，实现2μm波段激光输出的一种重要方案是：采用半导体激光器泵浦掺Tm的固体或光纤激光器输出1.9μm激光，然后以此激光泵浦掺Ho的Ho:YAG固体激光器得到2μm波段激光。这种方案可以在室温下就能获得高平均功率、高峰值功率、高光束质量的2μm波段激光，具有很强的适用性。但由于Ho:YAG这种激光晶体为各向同性的晶体，因此为了实现线偏振输出，这种Ho:YAG激光器一般采用布儒斯特角切割的声光Q开关来实现起偏，存在调试难度大、结构复杂的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对目前输出线偏振光的Ho:YAG激光器调试困难、结构复杂的问题，从而提供一种结构紧凑、调试方便的Ho:YAG激光器装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种线偏振输出的2μm激光器装置，包括1.9μm激光泵浦源、光学耦合系统、Ho:YAG激光晶体、YAG晶体、声光Q开关、第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜，所述的1.9μm激光泵浦源产生的泵浦光经过光学耦合系统后注入Ho:YAG激光晶体，所述Ho:YAG激光晶体的一端具有一个梯形横截面，该梯形的腰与上底边的夹角为特定的角度α，使得传输方向与另一端面垂直的激光在该截面折射时满足布儒斯特条件，所述的Ho:YAG激光晶体、第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜共同组成2μm激光器谐振腔，在1.9μm激光泵浦和声光Q开关调制下，实现2μm脉冲激光输出。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其α角为61.2°，Ho:YAG激光晶体的两个端面经光学抛光后镀有1.9—2.1μm波段增透膜，其四个侧面经铟箔包裹后用铜质热沉压紧固定以带走热量。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其YAG晶体具有与Ho:YAG激光晶体相同的梯形横截面，YAG晶体与Ho:YAG激光晶体通过所述的截面贴合在一起。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其1.9μm激光泵浦源为Tm:YLF固体激光器，其输出的激光波长位于Ho:YAG激光晶体的吸收带宽内。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其泵浦光经过耦合系统后聚焦于Ho:YAG激光晶体内，与腔内振荡激光实现模式匹配。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其声光Q开关为非布儒斯特角入射的普通声光Q开关。
所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其第一腔镜为镀有1.9—2.1μm高反膜的平面镜，所述的第二腔镜为镀有1.9μm增透膜与2.1μm高反膜的平面镜，所述的第三腔镜为输出镜。
本发明的有益效果是：由于不需要采用两端面切成布儒斯特角的声光Q开关，大大降低了激光器的调试难度，而且激光束在传播过程中不存在抬升的问题，降低了激光器的空间体积，因此本装置可实现高功率、高光束质量、线偏振输出的2μm脉冲激光输出，具有结构简单、紧凑、调试方便的优点，从而在激光雷达、环境监测、医学诊断以及中波红外激光器等领域具有广泛的应用前景。既能实现高光束质量、高功率和线偏振激光输出，还具有结构简单、调节方便的优点。
附图说明
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是本发明Ho:YAG激光晶体与YAG晶体贴合在一起的放大图；
图3是本发明第二实施例的结构示意图。
各附图标记为：1—1.9μm激光泵浦源，2—光学耦合系统，3—Ho:YAG激光晶体，4—YAG晶体，5—声光Q开关，6-01—第一腔镜，6-02—第二腔镜，6-03—第三腔镜，6-04—第四腔镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明公开了一种线偏振输出的2μm激光器装置，包括1.9μm激光泵浦源1、光学耦合系统2、Ho:YAG激光晶体3、YAG晶体4、声光Q开关5、第一腔镜6-01、第二腔镜6-02和第三腔镜6-03，所述的1.9μm激光泵浦源1产生的泵浦光经过光学耦合系统2后注入Ho:YAG激光晶体3，所述Ho:YAG激光晶体3的一端具有一个梯形横截面，即端面切成布儒斯特角，该梯形的腰与上底边的夹角为特定的角度α，使得传输方向与另一端面垂直的激光在该截面折射时满足布儒斯特条件，从而实现起偏的作用，所述的Ho:YAG激光晶体3、第一腔镜6-01、第二腔镜6-02和第三腔镜6-03共同组成2μm激光器谐振腔，在1.9μm激光泵浦1和声光Q开关5调制下，实现2μm脉冲激光输出，进一步，Ho:YAG激光晶体3的α角为61.2°，Ho:YAG激光晶体3的两个端面经光学抛光后镀有1.9—2.1μm波段增透膜，其四个侧面经铟箔包裹后用铜质热沉压紧固定以带走热量，YAG晶体4具有与Ho:YAG激光晶体3相同的梯形横截面，YAG晶体4与Ho:YAG激光晶体3通过所述的截面贴合在一起，在进一步提高激光偏振度的同时保证其传输方向不会偏折，其配合使用可以实现激光起偏且不偏折激光传输方向，声光Q开关5为非布儒斯特角入射的普通声光Q开关，降低了调节难度且避免了激光传输方向的偏折。
实施例一
参照图1所示，本实施例1.9μm激光泵浦源1选用Tm:YLF固体激光器，其输出的激光波长位于Ho:YAG激光晶体3的吸收带宽内，最大输出功率30W，光束质量因子M2=1.2，线宽<3nm，中心波长为1908nm，所用光学耦合系统2采用焦距分别为30mm和50mm的两片透镜，泵浦光经过耦合系统2后聚焦于Ho:YAG激光晶体3中心，束腰处光斑大小为350μm，Ho:YAG激光晶体3采用Ho离子掺杂浓度为0.7 at.%的Ho:YAG晶体，尺寸为3mm×3mm×35mm；参照图2所示，Ho:YAG激光晶体3与YAG晶体4贴合在一起的放大图：法线为晶体端面所切布儒斯特角所在斜面的法线，α为晶体端面所切布儒斯特角所在斜面与晶体边缘的夹角，θ为激光在晶体端面所切布儒斯特角所在斜面的入射角，γ为与θ相对应的出射角；声光Q开关5采用古奇休斯非布儒斯特端面的2μm声光Q开关，调制频率为10kHz，第一腔镜6-01和第二腔镜6-02均为平面镜，前者镀有1.9—2.1μm高反膜，后者镀有1.9μm增透膜与2.1μm高反膜的平面镜，第三腔镜6-03为曲率半径R=400mm的平凹镜，镀有2.1μm透过率50%的部分反射膜，在1.9μm泵浦源30W的泵浦下，该激光器输出了16.3W的脉冲2.09μm激光，其线偏振度达98%。
实施例二
参照图3所示，本实施例是在实施例一的基础上改进的，与实施例一的结构不同之处主要为：为了进一步提高2μm输出功率，采用了两块Ho:YAG激光晶体3串接，每块Ho:YAG激光晶体3分别有一个Tm:YLF激光器泵浦，多了第四腔镜6-04，这样腔镜数量增加到了四块，第三腔镜6-03的曲率半径增加到了R=1000mm，在总泵浦功率为60瓦的时候，该激光器输出功率达到了31.5瓦，线偏振度为97.5%。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种线偏振输出的2μm激光器装置，包括1.9μm激光泵浦源（1）、光学耦合系统（2）、Ho:YAG激光晶体（3）、YAG晶体（4）、声光Q开关（5）、第一腔镜（6-01）、第二腔镜（6-02）和第三腔镜（6-03），其特征在于：所述的1.9μm激光泵浦源（1）产生的泵浦光经过光学耦合系统（2）后注入Ho:YAG激光晶体（3），所述Ho:YAG激光晶体（3）的一端具有一个梯形横截面，该梯形的腰与上底边的夹角为特定的角度α，使得传输方向与另一端面垂直的激光在该截面折射时满足布儒斯特条件，所述的Ho:YAG激光晶体（3）、第一腔镜（6-01）、第二腔镜（6-02）和第三腔镜（6-03）共同组成2μm激光器谐振腔，在1.9μm激光泵浦（1）和声光Q开关（5）调制下，实现2μm脉冲激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的α角为61.2°，Ho:YAG激光晶体（3）两个端面经光学抛光后镀有1.9—2.1μm波段增透膜，其四个侧面经铟箔包裹后用铜质热沉压紧固定以带走热量。
3.根据权利要求1或2所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的YAG晶体（4）具有与Ho:YAG激光晶体（3）相同的梯形横截面，YAG晶体（4）与Ho:YAG激光晶体（3）通过所述的截面贴合在一起。
4.根据权利要求3所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的1.9μm激光泵浦源（1）为Tm:YLF固体激光器，其输出的激光波长位于Ho:YAG激光晶体（3）的吸收带宽内。
5.根据权利要求4所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的泵浦光经过耦合系统后聚焦于Ho:YAG激光晶体（3）内，与腔内振荡激光实现模式匹配。
6.根据权利要求5所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的声光Q开关（5）为非布儒斯特角入射的普通声光Q开关。
7.根据权利要求6所述的一种线偏振输出的2μm激光器装置，其特征在于，所述的第一腔镜（6-01）为镀有1.9—2.1μm高反膜的平面镜，所述的第二腔镜（6-02）为镀有1.9μm增透膜与2.1μm高反膜的平面镜，所述的第三腔镜（6-03）为输出镜。
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