CN106253054A - 一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用 - Google Patents

一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明适用于光学领域，提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置，包括半导体泵浦激光器、泵浦光聚焦耦合系统及谐振腔，所述谐振腔包括端面泵浦激光介质，所述端面泵浦激光介质为掺杂铥离子的钒酸盐晶体；所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述泵浦光聚焦耦合系统耦合进入所述掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光；所述钒酸盐晶体对所述1.9微米脉冲波段激光进行拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光；所述钒酸盐晶体对所述2.3微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，输出2.9微米波段脉冲激光。本发明所提供的2.9微米波段脉冲激光的产生装置，获得了高功率、高能量的2.9μm波段超短脉冲激光。

Description

一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法及应用。
背景技术
目前2.9μm波段脉冲激光的获取方式主要有两种：一、以三价稀土元素Tm3+、Ho3+为激活离子的固体或者光纤激光器。二、利用1μm波段激光泵浦ZnGeP(ZGP)或者KTiOPO4(KTP)晶体的光参量振荡器(OPO)。第二种获取方式由于所用器件结构复杂、成本较高、效率低而极少采用。
产生2.9μm波段超短脉冲激光的技术主要分为主动锁模和被动锁模两种。主动锁模由于所需要的调制元件响应时间比较长，而且其产生的损耗窗口非常宽，因此获得的脉宽较宽，通常在几十到上百皮秒(ps)量级。被动锁模利用可饱和吸收体的快速响应时间，可以获得短至飞秒(fs)量级的超短脉冲激光。目前2.9μm波段的可饱和吸收体主要有：(1)吸收晶体，如：PbS量子点玻璃、Cr2+:ZnS、Cr2+:ZnSe等；(2)半导体材料：如半导体可饱和吸收镜(SESAM)、InGaAs等；(3)新型一维、二维材料，如石墨烯、碳纳米管、MoS2等。然而，可饱和吸收体较低的光损伤阈值限制了2.9μm波段被动锁模超短脉冲激光的输出功率。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法，旨在获得高功率、高能量的2.9微米波段超短脉冲激光，同时简化产生过程。
本发明提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置，包括半导体泵浦激光器、泵浦光聚焦耦合系统及谐振腔，所述谐振腔包括端面泵浦激光介质，所述端面泵浦激光介质为掺杂铥离子的钒酸盐晶体；所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述泵浦光聚焦耦合系统耦合进入所述掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光，所述1.9微米波段脉冲激光在所述谐振腔内震荡；所述钒酸盐晶体对所述1.9微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光，所述2.3微米波段脉冲激光在所述谐振腔内震荡；所述钒酸盐晶体对所述2.3微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，输出2.9微米波段脉冲激光。
进一步地，所述谐振腔还包括泵浦端腔镜，所述泵浦端腔镜位于所述泵浦光聚焦耦合系统和所述端面泵浦激光介质之间，用于反射1.9微米、2.3微米及2.9微米波段的脉冲激光、同时透过795纳米波段的泵浦光。
进一步地，所述谐振腔还包括输出镜，用于反射1.9微米及2.3微米波段、同时反射及透过2.9微米波段的脉冲激光。
进一步地，所述谐振腔还包括声光Q开关，所述声光Q开关位于所述端面泵浦激光介质和所述输出镜之间，用于提高所述谐振腔内的脉冲激光功率密度。
进一步地，所述泵浦光的波长为795纳米。
进一步地，所述端面泵浦激光介质为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体。
本发明还提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生方法，包括以下步骤：
半导体泵浦激光器产生的泵浦光经泵浦光聚焦耦合系统耦合进入掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段的脉冲激光；
以所述1.9微米波段的脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光；
利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，将所述2.3微米波段脉冲激光转变为2.9微米波段脉冲激光。
进一步地，所述泵浦光的波长为795纳米。
进一步地，所述钒酸盐晶体为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体。
本发明还提供了一种2.9微米波段脉冲激光的应用，将2.9微米波段脉冲激光应用于军事、医学、环境监测、材料加工、远程通信或计量学领域。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法，所述产生装置的谐振腔包括端面泵浦激光介质，所述端面泵浦激光介质为掺杂铥离子的钒酸盐晶体；先通过铥离子产生受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光，再以1.9微米波段脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光；所述钒酸盐晶体再对所述2.3微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，输出2.9微米波段脉冲激光。本发明将掺杂铥离子的钒酸盐晶体所具有的优良的自拉曼变频特性和克尔透镜锁模特性结合起来，通过克尔透镜锁模、饱和拉曼增益和同步泵浦三种机制产生对2.9μm波段脉冲激光的稳定锁模，最终输出2.9μm波段的超短脉冲激光。本发明提供的2.9微米波段脉冲激光的产生装置、产生方法由于避免了可饱和吸收体光损伤阈值较低的局限性，从而可以获得高功率、高能量的2.9μm波段超短脉冲激光。
附图说明
图1是本发明实施例提供的2.9微米波段脉冲激光的产生装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置100，包括半导体泵浦激光器(未示出)、泵浦光聚焦耦合系统2及谐振腔7，谐振腔7包括端面泵浦激光介质4；其中，1为半导体泵浦激光器的光纤输出端，端面泵浦激光介质4为掺杂铥离子的钒酸盐晶体；半导体泵浦激光器产生的泵浦光经泵浦光聚焦耦合系统2耦合进入掺杂铥离子的钒酸盐晶体(端面泵浦激光介质4)，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光，所述1.9微米波段脉冲激光在谐振腔7内震荡；所述钒酸盐晶体对所述1.9微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光，所述2.3微米波段脉冲激光在谐振腔7内震荡；所述钒酸盐晶体对所述2.3微米脉冲波段激光进行拉曼变频作用及锁模作用，输出2.9微米波段脉冲激光。
具体地，所述1.9微米波段脉冲激光在钒酸盐晶体所具有的自拉曼变频作用及克尔透镜锁模作用下，先转变为2.3微米波段脉冲激光，再转变并输出2.9微米波段脉冲激光。
具体地，所述泵浦光的波长为795纳米。
谐振腔7还包括泵浦端腔镜3，泵浦端腔镜3位于泵浦光聚焦耦合系统2和端面泵浦激光介质4之间，用于反射1.9微米、2.3微米及2.9微米波段的脉冲激光、同时透过795纳米波段的泵浦光。
谐振腔7还包括输出镜6，用于反射1.9微米及2.3微米波段、同时反射及透过2.9微米波段的脉冲激光。
具体地，泵浦端腔镜3可以为平面镜、平凸镜或平凹镜，镀对795nm波段激光高透和1.9μm、2.3μm及对2.9微米波段脉冲激光高反的介质膜；输出镜6可以为平面镜、平凸镜或平凹镜，镀对1.9μm和2.3微米波段脉冲激光高反及对2.9μm波段脉冲激光部分反射、部分透过的介质膜。
谐振腔7还包括声光Q开关5，声光Q开关5位于端面泵浦激光介质4和输出镜6之间，用于提高谐振腔7内的脉冲激光功率密度。
具体地，端面泵浦激光介质4可以为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体，Tm:YVO4或Tm:GdVO4晶体以1.9μm波段的激光为基频光，利用钒酸盐晶体的890cm-1左右的二次拉曼变频作用及锁模作用，产生2.9μm波段脉冲激光。
本实施例提供的2.9微米波段脉冲激光的产生装置，将掺杂铥离子的钒酸盐晶体所具有的890cm-1的二次拉曼变频特性和克尔透镜锁模特性结合起来，具体通过克尔透镜锁模、饱和拉曼增益和同步泵浦三种机制产生对2.9μm波段脉冲激光的稳定锁模，从而获得了高功率、高能量的2.9μm波段超短脉冲激光。
本实施例还提供了一种2.9微米波段脉冲激光的产生方法，包括以下步骤：
S1：半导体泵浦激光器产生的泵浦光经泵浦光聚焦耦合系统耦合进入掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段的脉冲激光；
S2：以所述1.9微米波段的脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光；
S3：利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，将所述2.3微米波段脉冲激光转变为2.9微米波段脉冲激光。
结合上述2.9微米波段脉冲激光的产生装置100：
具体地，步骤S1中，半导体泵浦激光器产生的泵浦光由半导体泵浦激光器的光纤输出端1输出，进入泵浦光经泵浦光聚焦耦合系统2中，泵浦光聚焦耦合系统2将泵浦光聚焦于端面泵浦激光介质4(掺杂铥离子的钒酸盐晶体)中，其中的铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光，所述1.9微米波段脉冲激光在谐振腔7内震荡。
具体地，步骤S2中，钒酸盐晶体以输出的1.9微米波段脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，以及泵浦端腔镜3和输出镜6的作用，产生2.3微米波段脉冲激光，所述2.3微米波段脉冲激光在谐振腔7内震荡。
具体地，步骤S3中，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，以及泵浦端腔镜3和输出镜6的作用，将所述2.3微米波段脉冲激光转变为2.9微米波段脉冲激光。
具体地，所述泵浦光的波长为795纳米。泵浦端腔镜3可以为平面镜、平凸镜或平凹镜，镀对795nm波段脉冲激光高透和对1.9μm、2.3μm及2.9μm波段脉冲激光高反的介质膜；输出镜6可以为平面镜、平凸镜或平凹镜，镀对1.9μm及2.3μm波段脉冲激光高反和对2.9μm波段脉冲激光部分反射、部分透过的介质膜。所述掺杂铥离子的钒酸盐晶体可以为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体。
具体地，步骤S2和S3中的Tm:YVO4或Tm:GdVO4晶体以1.9μm波段脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的890cm-1左右的二次拉曼变频作用，产生2.9μm波段脉冲激光。
本实施例提供的一种2.9微米波段脉冲激光的产生方法，由于避免了可饱和吸收体光损伤阈值较低的局限性，从而可以获得高功率、高能量的2.9μm波段超短脉冲激光。
本实施例还提供了上述2.9微米波段脉冲激光的应用，所述2.9微米波段脉冲激光在军事、医学、环境监测、材料加工、远程通信或计量学等领域具有广泛而重要的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种2.9微米波段脉冲激光的产生装置，包括半导体泵浦激光器、泵浦光聚焦耦合系统及谐振腔，其特征在于，所述谐振腔包括端面泵浦激光介质，所述端面泵浦激光介质为掺杂铥离子的钒酸盐晶体；所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述泵浦光聚焦耦合系统耦合进入所述掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段脉冲激光，所述1.9微米波段脉冲激光在所述谐振腔内震荡；所述钒酸盐晶体对所述1.9微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光，所述2.3微米波段脉冲激光在所述谐振腔内震荡；所述钒酸盐晶体对所述2.3微米波段脉冲激光进行拉曼变频作用及锁模作用，输出2.9微米波段脉冲激光。
2.如权利要求1所述的产生装置，其特征在于，所述谐振腔还包括泵浦端腔镜，所述泵浦端腔镜位于所述泵浦光聚焦耦合系统和所述端面泵浦激光介质之间，用于反射1.9微米、2.3微米及2.9微米波段的脉冲激光、同时透过795纳米波段的泵浦光。
3.如权利要求2所述的产生装置，其特征在于，所述谐振腔还包括输出镜，用于反射1.9微米及2.3微米波段、同时反射及透过2.9微米波段的脉冲激光。
4.如权利要求1所述的产生装置，其特征在于，所述谐振腔还包括声光Q开关，所述声光Q开关位于所述端面泵浦激光介质和所述输出镜之间，用于提高所述谐振腔内的脉冲激光功率密度。
5.如权利要求1所述的产生装置，其特征在于，所述泵浦光的波长为795纳米。
6.如权利要求1所述的产生装置，其特征在于，所述端面泵浦激光介质为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体。
7.一种2.9微米波段脉冲激光的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：
半导体泵浦激光器产生的泵浦光经泵浦光聚焦耦合系统耦合进入掺杂铥离子的钒酸盐晶体，铥离子通过受激辐射，产生1.9微米波段的脉冲激光；
以所述1.9微米波段的脉冲激光为基频光，利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，产生2.3微米波段脉冲激光；
利用钒酸盐晶体的拉曼变频作用及锁模作用，将所述2.3微米波段脉冲激光转变为2.9微米波段脉冲激光。
8.如权利要求7所述的产生方法，其特征在于，所述泵浦光的波长为795纳米。
9.如权利要求7所述的产生方法，其特征在于，所述钒酸盐晶体为Tm:YVO4晶体或Tm:GdVO4晶体。
10.一种2.9微米波段脉冲激光的应用，其特征在于，将2.9微米波段脉冲激光应用于军事、医学、环境监测、材料加工、远程通信或计量学领域。
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