CN105140771A - 基于石墨烯的被动调Q Nd:YAG人眼安全激光器 - Google Patents
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Abstract
基于石墨烯的被动调Q？Nd:YAG人眼安全激光器，属固态激光技术领域。包括泵浦源、谐振腔等，谐振腔内放置激光晶体、调Q器件，由温度控制系统对激光晶体和调Q器件保持恒温，其特征在于利用Nd:YAG晶体的特定增益谱线产生1444nm波长激光，用可饱和吸收体石墨烯对其进行被动调Q；激光晶体、输入镜M1、输出镜M2镀有能输出所需波长的介质膜。本发明是首次使用石墨烯作为被动调Q？Nd:YAG人眼安全激光器的可饱和吸收体。在泵浦功率为23.7W时，最大平均输出功率、最小脉宽、脉冲重复频率和单脉冲能量分别是411mW、560ns、85KHz和4.83μJ。本发明中产生的1444nm激光是人眼安全波长，在眼部医疗领域有重要应用。另外，还可用于天文、工业、通信，军事等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，属固态激光技术领域。
背景技术
1444nm波长的激光有着多种重要的应用。首先，1444nm属于人眼安全范围的波长，因此在眼部治疗医疗领域有重要应用。此波长对水有一个消光系数，因此1.4μm激光在大气科学试验中起重要的作用。另外，1.4μm激光在通信、工业、军事领域中同样有重要的应用。
现有技术中，连续波、被动调Q、锁模在通常研究波长如1064nm、1319nm、946nm的Nd:YAG晶体激光器中已被报道，然而，很少有关注1.4μm左右激光的报道。2007年，Jan等人利用Nd:YAG作为激光晶体(JanPavelArátor,HelenaJelínková,KarelNejezchlebandVáclav"1.44-μmgiantpulsegeneration",Proc.SPIE6451,SolidStateLasersXVI:TechnologyandDevices,64511H(2007))，产生1444nm连续激光，然后使用Co:MALO作为可饱和吸收体进行被动调Q，得到最大平均输出功率为107mw，脉冲重复频率2.4KHz的激光输出，该功率输出比较低，远达不到实际应用中所需的功率要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出了一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，第一次采用石墨烯作为可饱和吸收体实现被动调Q的1444nmNd:YAG激光器。
本发明的技术方案如下：
一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、输入镜M1、输出镜M2和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M2构成谐振腔，谐振腔内依次放置激光晶体和调Q器件,激光晶体、调Q器件均置于温度控制系统中以保持两者的温度恒定；输入镜M1的输入端面是平面，输出端面是凹面；输出镜M2的两端面是平面，其特征在于激光晶体采用Nd:YAG晶体，其两端面镀有对1400-1450nm、808nm波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜；输入镜M1的平面镀有对808nm波长的光高透的介质膜，凹面镀有对1400-1450nm波长的光高反、对808nm波长的光高透的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T≥95％的介质膜；输入和输出两镜相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T≥95％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件是由5-7层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
上述输入镜M1、输出镜M2可以用介质薄膜来代替，具体方法为在激光晶体的前面介质薄膜上镀有和输入镜M1前后两面相同的光的介质膜，在调Q器件的后面的介质薄膜上镀有和输出镜M2上相应波长的光的介质膜，以取代输入镜M1和输出镜M2的作用。
所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为0.05-at.％至3.0-at.％。其长度为0.5mm至30mm。
所述的被动调Q器件在激光器用于连续运转时则不使用调Q器件。
所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。
本发明激光器中激光晶体采用Nd:YAG晶体，它具有价格相对便宜，能够获得大尺寸高质量晶体的特点。常用的为1％掺杂的晶体。该晶体吸收光谱较宽，这使得增益高、阈值低，特别适合高功率LD泵浦运转。同时这种晶体具有高的机械强度，良好的导热性能。
本发明激光器中采用的可饱和吸收体即多层石墨烯作为被动调Q器件，它有高的损伤阈值，低损耗，超快载流子动力等优点，这些优点使其成为一种很有潜力的可饱和吸收体，对本发明激光器的各种性能具有极大的提高，背景技术中介绍的激光器最大输出功率只有107mw，本发明的激光器在泵浦功率为23.7W时最大输出功率输出可达411mW，由比较可知本发明激光器远远大于背景技术中报道的激光器的最大输出功率。
本发明激光器输出的1444nm激光属于人眼安全范围的波长，因此在眼部治疗医疗领域有重要应用。此波长对水有一个消光系数，因此1.4μm激光在大气科学试验中起重要的作用。另外，1.4μm激光在通信、工业、军事领域中同样有重要的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
其中：1、泵浦源，2、耦合透镜组，3、输入镜M1，4、激光晶体，5、调Q器件，6、输
出镜M2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1：
本发明实施例1如图1所示，一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，包括泵浦源1、耦合透镜组2、激光晶体4、调Q器件5、输入镜M1、输出镜M2和温度控制系统，泵浦源1位于耦合透镜组2之前，耦合透镜组2之后由输入镜M1和输出镜M2构成谐振腔，谐振腔内依次放置激光晶体4和调Q器件5,激光晶体4、调Q器件5均置于温度控制系统中以保持两者的温度恒定；输入镜M1的输入端面是平面，输出端面是凹面；输出镜M2的两端面是平面，其特征在于激光晶体4采用Nd:YAG晶体，其两端面镀有对1400-1450nm、808nm波长的光透过率为T＝99.8％的高透膜；输入镜M1的平面镀有对808nm波长的光高透的介质膜，凹面镀有对1400-1450nm波长的光高反、对808nm波长的光高透的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T＝95％的介质膜；输入和输出两镜相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T＝95％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件5是由5层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为0.5-at.％。其长度为30mm。
所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器，其输出功率为23.7W，激光器最大输出功率输出可达411mW。
实施例2：
一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，包括泵浦源1、耦合透镜组2、激光晶体4、调Q器件5、输入镜M1、输出镜M2和温度控制系统，泵浦源1位于耦合透镜组2之前，耦合透镜组2之后由输入镜M1和输出镜M2构成谐振腔，谐振腔内依次放置激光晶体4和调Q器件5,激光晶体4、调Q器件5均置于温度控制系统中以保持两者的温度恒定；输入镜M1的输入端面是平面，输出端面是凹面；输出镜M2的两端面是平面，其特征在于激光晶体4采用Nd:YAG晶体，其两端面镀有对1400-1450nm、808nm波长的光透过率为T＝99.9％的高透膜；输入镜M1的平面镀有对808nm波长的光高透的介质膜，凹面镀有对1400-1450nm波长的光高反、对808nm波长的光高透的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T＝96％的介质膜；输入和输出两镜相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T＝96％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件是由6层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为1.0-at.％。其长度为25mm。
所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。
实施例3：
和实施例1相同,只是输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T＝97％的介质膜；输入和输出两镜M1、M2相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T＝97％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件是由7层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为1.5-at.％。其长度为20mm。
实施例4：
和实施例2相同,只是只是输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T＝98％的介质膜；输入和输出两镜M1、M2相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T＝98％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件是由5层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为2.0-at.％。其长度为18mm。
Claims (3)
1.一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、输入镜M1、输出镜M2和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M2构成谐振腔，谐振腔内依次放置激光晶体和调Q器件,激光晶体、调Q器件均置于温度控制系统中以保持两者的温度恒定；输入镜M1的输入端面是平面，输出端面是凹面；输出镜M2的两端面是平面，其特征在于激光晶体采用Nd:YAG晶体，其两端面镀有对1400-1450nm、808nm波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜；输入镜M1的平面镀有对808nm波长的光高透的介质膜，凹面镀有对1400-1450nm波长的光高反、对808nm波长的光高透的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1444nm波长透过率为T≥95％的介质膜；输入和输出两镜相对的内面都镀有对946nm、1064nm和1319nm波长的透射率T≥95％的介质膜以抑制强大的竞争辐射；调Q器件是由5-7层石墨烯组成的可饱和吸收体作为被动调Q器件。
2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，其特征在于所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为0.05-at.％至3.0-at.％，其长度为0.5mm至30mm。
3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的被动调QNd:YAG人眼安全激光器，其特征在于所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。
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