CN105048275A - 一种人眼安全输出的固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人眼安全输出固体激光器。包括LD泵浦源2、增益介质、平凹腔，LD泵浦源2是侧面泵浦；增益介质是Er：glass晶体3；平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成，反射镜1为凹面镜，输出耦合镜5为平面镜；平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上，增益介质位于平凹腔内，平凹腔内还设有被动调Q开关，Q开关4位于增益介质与输出耦合镜5之间。本发明结构紧凑，小型化，应用简单方便；人眼无害，使用安全，可多领域应用，高峰值功率，单脉冲基模输出，大气传输距离远，可实现远距离测距、监测等；能量利用率高。

Description

一种人眼安全输出的固体激光器

技术领域

本发明涉及一种固体激光器，具体涉及一种人眼安全输出固体激光器。

背景技术

目前1.06um波长测距机对人眼有致盲的危险，而1.54um波长是人眼安全波长，且处于1.5～1.8um的大气传输窗口，大气传输性能好，对目标有高的反射系数，对烟、雾以及战场硝烟等都有较强的穿透能力，这在远程激光武器装备上有很大优势。

目前产生1.5xum人眼无害激光的技术有直接输出技术、受激拉曼散射技术(StimulatedRamanScattering,简称SRS)和光参量振荡技术(OpticalParametricOscillators，简称OPO)。

SRS技术是根据拉曼散射理论，利用拉曼介质的频移，实现人眼安全激光的输出。SRS技术可分为气体、液体和固体三种，对于气体装置，体积大，密封难度大，可靠性差；对于液体拉曼激光器，液体具有挥发性且有毒性；对于固体拉曼激光器，拉曼散射会伴随其它非线性效应，导致转换效率低，发散角变大。

OPO技术是目前较为成熟的技术，它是将一块非线性晶体插入激光器的谐振腔中通过倍频来获得人眼安全激光输出。OPO技术，结构相对较为复杂，成本高，抗损伤阈值低，对热效应敏感。

直接输出人眼安全波长激光，较成熟的是利用铒玻璃，但一般情况下其输出能量不高，转换效率低，抗激光损伤能力差。

中国专利申请号201410837248.3公开了一种脉冲泵浦被动调Q激光器，该激光器包括脉冲泵浦源、激光谐振腔、被动调Q元件、光电传感器、控制器，其获得单脉冲输出需要反馈监控系统。

中国专利申请号201520146656.4公开了一种平凹腔被动调Q激光器，该激光器包括泵浦系统，与泵浦系统依次光耦合的准直镜、聚焦镜、谐振腔，谐振腔从聚焦镜一侧起，依次包括光耦合的反射镜、增益组件、被动调Q晶体和输出镜，输出镜出光面耦合有非线性晶体，泵浦系统包括泵浦源，给泵浦源供电的驱动源，反射镜、输出镜中至少一个为凹面镜，凹面的曲率半径范围为50mm-1000mm；其激光器结构相对比较复杂，且非人眼安全波长，非单脉冲输出。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种小型化、单脉冲输出、人眼无害的固体激光器。

本发明的技术解决方案是：一种人眼安全输出的固体激光器，包括LD泵浦源、增益介质、平凹腔，LD泵浦源是侧面泵浦；增益介质是Er：glass；平凹腔由反射镜、输出耦合镜组成，反射镜为凹面镜，输出耦合镜为平面镜；平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上，增益介质位于平凹腔内，平凹腔内还设有被动调Q开关，Q开关位于增益介质与输出耦合镜之间。

本发明实现了：小型化人眼无害，脉冲激光输出；新型脉冲泵浦，高转换效率，低成本；侧面泵浦，平凹腔设计，实现基横模输出。其有益的技术效果体现在：

(1)本发明采用侧面泵浦+平凹腔的技术方案；侧面泵浦可得到较大功率输出，但易产生多横模，利用平凹腔，凹面镜为反射镜，曲率半径500～2000mm，输出耦合镜为平面镜，镀膜5％～15％透射，容易得基模输出。凹面镜曲率越大，输出基模光斑越大，发散角越小。

(2)本发明采用增益介质为Er：glass，人眼安全波长，目前商用人眼安全激光器多为半导体激光器，或连续低功率输出，或利用倍频技术而体积大，本发明利用被动调Q技术，获得高峰值功率的脉冲激光输出，Q开关为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体。

(3)本发明采用脉冲泵浦；Er：glass热导率低，大功率易产生较多热量堆积，产生明显的热透镜效应，影响输出模态，甚至产生物理损坏。本发明采用脉冲泵浦，泵浦一定时间后便停止泵浦，避免过度热量的产生。

(4)本发明可高效率实现；脉冲泵浦一般均有反馈监控机制，当监控到有脉冲输出后，才反馈控制停止泵浦，因为系统本身的延迟及激光器的弛豫特性，这种方式仍会有一部分泵浦能量的浪费，而本发明无需此系统，只需事前通过计算和实验调整好泵浦时间，泵浦一定时间后自动停止泵浦，此泵浦停止时间早于脉冲输出，因此可实现更高的能量转换，同时没有反馈监控系统，成本也大幅降低。

附图说明

图1是一种人眼安全输出的固体激光器的结构图。

图2是泵浦脉冲和激光输出脉冲图。

图3是激光器输出光斑。

图中：1.反射镜；2.LD泵浦源；3.Er：glass晶体；4.Q开关；5.输出耦合镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种人眼安全输出的固体激光器，包括：

反射镜1，为凹面镜，镀1540nm高反膜；

LD泵浦源2，波长940nm，侧面泵浦；

增益介质，为Er：glass晶体3，产生1540nm人眼安全波长激光；

Q开关4，为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体，用来实现脉冲输出；

输出耦合镜5，为平面镜，1540nm波长激光10％透过率。

平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成，Er：glass晶体3位于平凹腔中间，Q开关4位于Er：glass晶体3与输出耦合镜5之间，平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上。

LD泵浦源2设置有光脉冲输出的最小泵浦时间t，利用调Q速率方程，计算出有脉冲输出时泵浦所需理论时间t；具体实验中，调整泵浦源泵浦时间为t，探测是否有光脉冲输出，如果有，缩短泵浦时间t(步进0.1ms)，再次探测是否有光脉冲输出；反之，如果没有光脉冲输出，则延长泵浦时间t(步进0.1ms)，探测是否有光脉冲输出；直至找到有光脉冲输出的最小泵浦时间t，将此时间设定为产品的固定参数，当泵浦时间达到t时，泵浦源由计时器控制自动关闭，泵浦停止时间早于脉冲输出。

如图2泵浦脉冲和激光输出脉冲图所示，工作时，LD泵浦源采用脉冲泵浦，并且通过计算及实验调整，设置好泵浦参数即可获得单脉冲输出，并且在脉冲输出前泵浦源就已经关闭，能量利用率高，同时侧面泵浦可获得较大的能量输出，本发明无需反馈监控系统，结构紧凑简单，成本低。

图3显示了激光器输出光斑，一般侧面泵浦相对易产生多横模输出，采用平凹腔可容易获得基横模输出，并且容差大，耦合简单。

本发明结构紧凑，小型化，应用简单方便；人眼无害，使用安全，可多领域应用，高峰值功率，单脉冲基模输出，大气传输距离远，可实现远距离测距、监测等；能量利用率高。

Claims (8)

1.一种人眼安全输出的固体激光器，包括LD泵浦源、增益介质，其特征在于还包括平凹腔，LD泵浦源是侧面泵浦；增益介质是Er：glass；平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成，反射镜为凹面镜，输出耦合镜为平面镜；平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上，增益介质位于平凹腔内，平凹腔内还设有被动调Q开关，Q开关位于增益介质与输出耦合镜之间。

2.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是反射镜的凹面曲率半径500～2000mm。

3.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是反射镜镀1540nm高反膜。

4.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是LD泵浦源波长940nm。

5.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是Q开关为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体。

6.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是输出耦合镜镀膜5％～15％透射。

7.根据权利要求6所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是输出耦合镜1540nm波长激光10％透过率。

8.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器，其特征是泵浦源设置有光脉冲输出的最小泵浦时间t，当泵浦时间达到t时，泵浦源由计时器控制自动关闭，泵浦停止时间早于脉冲输出。