CN105140775A - 一种1.2μm波长全固态拉曼激光器 - Google Patents

Abstract

一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，属固态激光技术领域。包括泵浦源、耦合透镜组、谐振腔等，谐振腔内放置激光晶体、调Q器件、拉曼晶体，温度控制系统对上述晶体和器件保持恒温。由Nd:YAG陶瓷产生1.1μm基频光，通过拉曼晶体SrWO₄输出1252nm拉曼光。据我们所知，这是首次对掺钕晶体的1.1μm基频波进行拉曼频移。在泵浦功率为21.3W，脉冲重复频率为5KHz时所得1252nm拉曼光的最大输出功率是1.02W，光转换效率是4.79％。输入镜M1、输出镜M2、激光晶体和拉曼晶体端面镀有能输出所需波长的介质膜。本发明激光器可以作为1.26-1.36μm通信窗口波段的拉曼放大器的泵浦源，在激光显示中具有重要的应用，另外，还可以应用于生物、医疗、天文等领域。

Description

一种1.2μm波长全固态拉曼激光器

技术领域

本发明涉及一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，属固态激光技术领域。

背景技术

1.2μm波长的激光有着多种重要的应用。首先，1.2μm的激光可以作为工作于1.26-1.36μm通信窗口波段的拉曼放大器的泵浦源，另外，1.2μm激光对于单态氧在医学应用和更基础研究的直接创新性研究很有意义，并且，从1.2μm二次谐波激光器获得的黄色激光在激光显示领域有重要的应用。

2010年，在文献“1240nmdiaondRamanlaseroperatingnearthequantumlimit”(A.Sabella,J.A.Piper,R.P.Mildren,Opt.Lett，35，3874(2010))中报道由Sabella使用金刚石做为拉曼介质对1064nm泵浦源进行频移产生1240nm激光，在泵浦功率为3.3W时获得2W激光输出，最大转换效率是61％，并且斜效率为84％，接近量子极限。2014年，文献“HighlyefficientpicoseconddiamondRamanlaserat1240and1485nm”(M.Warrier,J.Lin,H.M.Pask,R.P.Mildren,D.W.Coutts,D.J.Spence,Opt.Express，22，3325(2014))中介绍了同样使用金刚石做为拉曼增益介质对1064nm锁模激光器频移产生了1240nm波长的激光，当泵浦功率为4.8W时，获得1240nm激光输出功率为2.75W。然而，此前的工作都是以1.06μm激光做为基频光，金刚石做为拉曼增益介质来产生1.2μm激光。另外金刚石成本高，生长周期长，尺寸小限制了金刚石的广泛应用，无法满足使用领域的需求。

发明内容

针对现有技术中所存在的缺陷和对1.1μm波长激光拉曼频移的研究不足，本发明提出了一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，第一次使用1123nm作为基频光，通过拉曼晶体SrWO₄频移，产生1253nm波长激光，同时解决了金刚石成本高，生长周期长，尺寸小的问题。低成本，大尺寸和良好的光学性能将促进SrWO₄在拉曼激光器领域广泛的应用。

本发明的技术方案如下：

一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、拉曼晶体、输入镜M1、输出镜M2、分光镜和温度控制系统，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、调Q器件和拉曼晶体，激光晶体、调Q器件和拉曼晶体均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，分光镜位于输出镜M2之后用于分离基频光和拉曼光,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，拉曼晶体为SrWO₄，激光晶体端面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段光的透过率为T≥99％的高透膜，并且入射面镀有对808nm波长的光高透的介质膜；输入镜M1入射面镀有对808nm波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜，另一面镀有对808nm波长的光透过率为T≥99.7％高透膜、对1112-1116nm波段波长的光反射率为R≥99.9％和1238-1252nm波段波长的光反射率为R≥99.8％的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1064nm波长的光透过率为T≥90％的介质膜、对1112、1116、1123、1238、1252nm波长的光透过率为分别为0.11％、0.12％、0.06％、50.5％、12.1％的介质膜；拉曼晶体前后两面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜。

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前后两面上相应波长的光的介质膜，在拉曼晶体的后面的介质薄膜上镀有和输出镜M2的入射面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0.5-at.％至3.0-at.％，晶体长度为0.5mm至20mm。

所述的调Q器件是主动声光调Q，激光器用于连续运转时则不使用调Q器件。

所述的拉曼晶体SrWO₄长度为0.5mm至35mm。

所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。

本发明激光器中的拉曼晶体采用SrWO4晶体，SrWO4晶体在最近几年里被广泛用于固体激光器。和其他拉曼晶体相比，SrWO4是单轴晶体,属于五角对称结构。最强的拉曼峰在901cm^-1-926cm^-1之间，对应与[WO4]原子团内的Ag对称模振动。它是属于低阈值的受激拉曼散射晶体，增益系数高，具有大的积分散射截面和窄的拉曼线宽，谱线宽度为5cm^-1-15cm^-1。

本发明激光器中所述的Nd:YAG陶瓷晶体有大尺寸、高掺杂、成本低、制备周期短等优点，陶瓷晶体可以制造形成复合型激光工作物质，使得激光器结构紧凑，方便使用。这使得它成为人们广泛关注的焦点。

本发明激光器可以作为工作于1.26-1.36μm通信窗口波段的拉曼放大器的泵浦源,在激光显示中具有重要的应用，另外，还可以应用于生物、医疗、天文等领域。

附图说明

图1为本发明激光器的结构示意图。

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、拉曼晶体，7、输出镜M2，8、分光镜。

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1.2μm波长全固态拉曼激光器，包括泵浦源1、耦合透镜组2、激光晶体4、调Q器件5、拉曼晶体6、输入镜M1、输出镜M2、分光镜8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、调Q器件5和拉曼晶体6，激光晶体4、调Q器件5和拉曼晶体6均置于温度控制系统中以保持对上述晶体和器件的温度恒定，分光镜8位于输出镜M2之后用于分离基频光和拉曼光，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，拉曼晶体6为SrWO₄，激光晶体4端面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段光的透过率为T＝99％的高透膜，并且入射面镀有对808nm波长的光高透的介质膜；输入镜M1入射面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.8％的高透膜，另一面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.7％高透膜、对1112-1116nm波段波长的光反射率为R＝99.9％和1238-1252nm波段波长的光反射率为R＝99.8％的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1064nm波长的光透过率为T＝90％的介质膜、对1112、1116、1123、1238、1252nm波长的光透过率为分别为0.11％、0.12％、0.06％、50.5％、12.1％的介质膜；拉曼晶体前后两面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段波长的光透过率为T＝99.8％的高透膜。

所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为1.0-at.％，晶体长度为Φ4mm*5mm。

所述的调Q器件是主动声光调Q。

所述的拉曼晶体SrWO₄，其长度为35mm。

所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。

实施例2：

一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，包括泵浦源1、耦合透镜组2、激光晶体4、调Q器件5、拉曼晶体6、输入镜M1、输出镜M2、分光镜8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、调Q器件5和拉曼晶体6，激光晶体4、调Q器件5和拉曼晶体6均置于温度控制系统中以保持对上述晶体和器件的温度恒定，分光镜8位于输出镜M2之后用于分离基频光和拉曼光，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，拉曼晶体6为SrWO₄，激光晶体4端面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段光的透过率为T＝99.2％的高透膜，并且入射面镀有对808nm波长的光高透的介质膜；输入镜M1入射面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.9％的高透膜，另一面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.8％高透膜、对1112-1116nm波段波长的光反射率为R＝99.9％和1238-1252nm波段波长的光反射率为R＝99.9％的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1064nm波长的光透过率为T＝90.5％的介质膜、对1112、1116、1123、1238、1252nm波长的光透过率为分别为0.11％、0.12％、0.06％、50.5％、12.1％的介质膜；拉曼晶体前后两面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段波长的光透过率为T＝99.9％的高透膜。

所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为2.0-at.％，晶体长度为Φ4mm*10mm。

所述的调Q器件是主动声光调Q。

所述的拉曼晶体SrWO₄，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。

实施例3：

和实施例1相同,只是激光晶体4端面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段光的透过率为T＝99.4％的高透膜；输入镜M1入射面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.9％的高透膜，另一面镀有对808nm波长的光透过率为T＝99.9％高透膜、对1112-1116nm波段波长的光反射率为R＝99.9％和1238-1252nm波段波长的光反射率为R＝99.9％的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1064nm波长的光透过率为T＝92％的介质膜、对1112、1116、1123、1238、1252nm波长的光透过率为分别为0.11％、0.12％、0.06％、50.5％、12.1％的介质膜；拉曼晶体前后两面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段波长的光透过率为T＝99.9％的高透膜。

所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为0.7-at.％，晶体长度为Φ4mm*12mm。

所述的调Q器件是主动声光调Q。

所述的拉曼晶体SrWO₄，其长度为20mm。

所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。

实施例4：

和实施例1相同,只是所述输入镜M1、输出镜M2使用介质薄膜来代替，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，在拉曼晶体的后面的介质薄膜上镀有和输出镜M2的入射面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0.5-at.％，晶体长度为Φ4mm*15mm。

所述的调Q器件是主动声光调Q。

所述的拉曼晶体SrWO₄，其长度为15mm。

所述的泵浦源是808nm光纤耦合输出的半导体激光器。

Claims (5)

1.一种2μm波长全固态拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、拉曼晶体、输入镜M1、输出镜M2、分光镜和温度控制系统，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、调Q器件和拉曼晶体，激光晶体、调Q器件和拉曼晶体均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，分光镜位于输出镜M2之后用于分离基频光和拉曼光,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，拉曼晶体为SrWO₄，激光晶体端面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段光的透过率为T≥99％的高透膜，并且入射面镀有对808nm波长的光高透的介质膜；输入镜M1入射面镀有对808nm波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜，另一面镀有对808nm波长的光透过率为T≥99.7％高透膜、对1112-1116nm波段波长的光反射率为R≥99.9％和1238-1252nm波段波长的光反射率为R≥99.8％的介质膜；输出镜M2入射面镀有对1064nm波长的光透过率为T≥90％的介质膜、对1112、1116、1123、1238、1252nm波长的光透过率为分别为0.11％、0.12％、0.06％、50.5％、12.1％的介质膜；拉曼晶体前后两面镀有对1112-1123nm和1138-1252nm波段波长的光透过率为T≥99.8％的高透膜。

2.如权利要求1所述的一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，其特征在于所述的激光晶体Nd:YAG钕的掺杂浓度为0.5-at.％至3.0-at.％，晶体长度为0.5mm至20mm。

3.如权利要求1所述的一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，其特征在于所述的调Q器件是主动声光调Q，激光器用于连续运转时则不使用调Q器件。

4.如权利要求1所述的一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，其特征在于所述的拉曼晶体SrWO₄长度为0.5mm至35mm。

5.如权利要求1所述的一种1.2μm波长全固态拉曼激光器，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。