CN106532422A - 六波长输出的被动调Qc切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器 - Google Patents

六波长输出的被动调Qc切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，包括激光泵浦源系统、耦合光纤、聚集耦合双透镜、激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体、可饱和吸收体Cr:YAG和谐振腔输出镜，其中，激光泵浦源系统产生的泵浦光经耦合光纤送入聚集耦合双透镜，通过聚集耦合双透镜的聚焦后，进入激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体；所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的出射光依次经过可饱和吸收体Cr:YAG、谐振腔输出镜后，由谐振腔输出镜进行输出。此种结构可实现多波长输出，用于激光测距等。

Description

六波长输出的被动调Qc切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器
技术领域
本发明属于固态激光器领域，尤其涉及一种六波长输出的被动调Q c切割掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）自拉曼全固态激光器。
背景技术
多波长全固态激光器具有结构简单紧凑、效率高、经久耐用的优点，具有重要的应用价值，广泛应用于光通信、激光测距、环境监测、激光雷达、THz（太赫兹）场的产生和非线性光学领域。目前，基于三阶非线性效应的受激拉曼散射是产生多波长的一个非常有效的办法，可以拓宽现有激光器的输出波长。
在诸多拉曼激光器中，有一类自拉曼激光器尤其引人关注，即自拉曼激光器。激光晶体和受激拉曼散射介质采用同一块晶体来实现。如Nd:YVO4晶体，Nd3+来实现粒子数反转，实现激光增益，获得基频光；YVO4衬底材料又可以实现受激拉曼散射，通过三阶非线性效应，获得斯托克斯光。采用此类晶体的激光器，称之为自拉曼激光器。目前，多波长自拉曼激光器已有报道，其大部分采用声光调Q的方法。如文献“1097nm Nd:YVO4 self-Ramanlaser”（Optics Communications,284,1642-1644,2011）首次报道了1097nm自拉曼激光器，其存在显著的缺点是采用声光Q开关—主动调Q的方式，需要复杂的声光转换装置，结构比较复杂、价格昂贵。这限制了此激光器的体积和性能。针对这一问题，文献“Passively Q-switched 1097nm c-cut Nd:YVO4 self-Raman laser with Cr:YAG saturableabsorber”（Optics and Laser Technology,54,137-140,2013），采用Cr:YAG饱和吸收体被动调Q的方式，使得结构简单紧凑。但是输出波长比较单一（仅有1066nm和1097nm两个波长），而且谐振腔输入镜和激光晶体分离，影响了系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种六波长输出的被动调Q c切割掺钕钒酸钇自拉曼全固态激光器，其可实现多波长输出，用于激光测距等。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，包括激光泵浦源系统、耦合光纤、聚集耦合双透镜、激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体、可饱和吸收体Cr:YAG和谐振腔输出镜，其中，激光泵浦源系统产生的泵浦光经耦合光纤送入聚集耦合双透镜，通过聚集耦合双透镜的聚焦后，进入激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体；所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的出射光依次经过可饱和吸收体Cr:YAG、谐振腔输出镜后，由谐振腔输出镜进行输出。
上述耦合光纤的输出端面位于聚集耦合双透镜入射侧的焦点位置。
上述聚集耦合双透镜的两侧外表面均镀有泵浦光808nm高透膜，焦距为40mm。
上述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的入射面位于聚集耦合双透镜出射侧的焦点位置。
上述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的入射面镀有泵浦光808nm高透膜、1000～1200nm高反膜，出射面镀有1000～1200nm增透膜，Nd3+离子的掺杂浓度0.3-at.％，长度12mm。
上述可饱和吸收体Cr:YAG的两面均镀有1000～1200nm的增透膜，基频光1066nm的初始透过率为70～80%。
上述可饱和吸收体Cr:YAG的入射面的中部对应激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体出射面的光线输出位置。
上述谐振腔输出镜的入射面镀有基频光1066nm高反膜，一阶斯托克斯光1097nm的反射率为98%，二阶斯托克斯光1129nm的反射率为95%，一阶斯托克斯光1168nm的反射率为97%，一阶斯托克斯光1178nm的反射率为96%，二阶斯托克斯光1215nm的反射率为95%。
上述谐振腔输出镜的入射面中部与可饱和吸收体Cr:YAG出射面的光线输出位置相对应。
采用上述方案后，本发明利用受激拉曼散射来实现多波长输出，输出波长包括基频光1066nm，斯托克斯光1097、1129、1168、1178、1215nm共六个波长，输出功率为300mW，重复频率为25kHz，脉冲宽度小于10ns，可以用于激光测距等。本发明具体具有以下有益效果：
（1）采用Cr:YAG饱和吸收体被动调Q的方式，结构更加简单紧凑、价格更低；
（2）将基频光和斯托克斯光的谐振腔高反膜直接镀在激光晶体的入射端，不需要采用输入镜，可以有效地提高谐振腔的稳定性；
（3）谐振腔可以满足多个斯托克斯光的谐振，可以实现6个波长同时起振，有效拓宽激光器的光谱范围；
（4）c切割Nd:YVO4晶体可以同时作为激光晶体和拉曼增益介质。Nd:YVO4晶体采用c切割，受激发射界面更小，有利于提高基频光的峰值功率、减小脉冲宽度，有效提高受激拉曼散射的转换效率。
附图说明
图1是本发明的整体架构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种六波长输出的被动调Q c切割掺钕钒酸钇自拉曼全固态激光器，包括激光泵浦源系统1、耦合光纤2、聚集耦合双透镜3、激光晶体（即拉曼散射晶体）c切割的掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体4、可饱和吸收体Cr:YAG 5和谐振腔输出镜6，下面分别介绍。
激光泵浦源系统1用于产生泵浦光，该泵浦光经耦合光纤2送入聚集耦合双透镜3，为了达到所需的效果，耦合光纤2的输出端面需位于聚集耦合双透镜3入射侧的焦点位置。
所述聚集耦合双透镜3的两侧外表面均镀有泵浦光808nm高透膜，焦距为40mm，所述聚集耦合双透镜3由两个凸面镜组合而成，两个凸面镜的平面向外，凸面相对设置。
所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体4的入射面位于聚集耦合双透镜3出射侧的焦点位置，且其入射面镀有泵浦光808nm高透膜、1000～1200nm高反膜（涵盖基频光1066nm和5个斯托克斯光1097、1129、1178、1215nm），出射面镀有1000～1200nm增透膜，Nd3+离子的掺杂浓度0.3-at.％，长度12mm，低浓度掺杂是为了有效散热。
所述可饱和吸收体Cr:YAG 5的两面均镀有1000～1200nm的增透膜（涵盖基频光1066nm和5个斯托克斯光1097、1129、1178、1215nm），基频光1066nm的初始透过率为70～80%，且其入射面的中部对应激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体4出射面的光线输出位置。
所述谐振腔输出镜6的入射面镀有基频光1066nm高反膜，一阶斯托克斯光（拉曼频移量262cm-1）1097nm的反射率为98%，二阶斯托克斯光（两个拉曼频移量262cm-1）1129nm的反射率为95%，一阶斯托克斯光（拉曼频移量816cm-1）1168nm的反射率为97%，一阶斯托克斯光（拉曼频移量891cm-1）1178nm的反射率为96%，二阶斯托克斯光（拉曼频移量891cm-1加262cm-1）1215nm的反射率为95%，所述谐振腔输出镜6的入射面中部与可饱和吸收体Cr:YAG5出射面的光线输出位置相对应。
本发明的工作原理是：激光泵浦源系统1发出的808nm泵浦光经耦合光纤2输出，通过聚集耦合双透镜3的聚焦后，进入激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体4；在泵浦光的激励下，激光晶体实现粒子数反转，在谐振腔和可饱和吸收体Cr:YAG的共同作用下，产生窄脉宽、高峰值功率的1066nm脉冲基频光。
c切割的Nd:YVO4晶体还同时作为拉曼晶体（拉曼散射峰同时有三个：262、816、891cm-1），在此谐振腔作用下，实现多个受激拉曼散射：1）当拉曼频移量为262cm-1时：在1066nm基频光的激励下，可以产生一阶斯托克斯光1097nm；同时产生的一阶斯托克斯光，可以继续充当新的基频光，产生二阶斯托克斯光1129nm。2）当拉曼频移量为816cm-1时，在1066nm基频光的激励下，可以产生1168nm的一阶斯托克斯光。3）当拉曼频移量为891cm-1时，在1066nm基频光的激励下，可以产生1178nm的一阶斯托克斯光。4）产生的1178nm的一阶斯托克光，可以放大，继续在拉曼频移量为262cm-1产生二阶斯托克斯光，即1215nm。
本发明需要特别指出的是：
1）Nd:YVO4晶体为c切割，长度12mm。一面镀有泵浦光808nm高透膜、1000～1200nm的高反膜（涵盖基频光1066nm和5个斯托克斯光1097、1129、1168、1178、1215nm）；激光晶体另一面镀有1000～1200nm的增透膜。晶体的左面可以作为基频光和拉曼激光器的谐振腔的左腔镜。不可替代。
2）谐振腔输出镜镀有基频光1066nm高反（反射率大于99%），1097nm的反射率为98%，1129nm的反射率为95%，1168nm的反射率为97%，1178nm的反射率为96%，1215nm的反射率为95%。基频光和拉曼激光器共用一个谐振腔输出镜。不可替代。
3）谐振腔的长度可设计为25mm。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：包括激光泵浦源系统、耦合光纤、聚集耦合双透镜、激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体、可饱和吸收体Cr:YAG和谐振腔输出镜，其中，激光泵浦源系统产生的泵浦光经耦合光纤送入聚集耦合双透镜，通过聚集耦合双透镜的聚焦后，进入激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体；所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的出射光依次经过可饱和吸收体Cr:YAG、谐振腔输出镜后，由谐振腔输出镜进行输出。
2.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述耦合光纤的输出端面位于聚集耦合双透镜入射侧的焦点位置。
3.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述聚集耦合双透镜的两侧外表面均镀有泵浦光808nm高透膜，焦距为40mm。
4.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的入射面位于聚集耦合双透镜出射侧的焦点位置。
5.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体的入射面镀有泵浦光808nm高透膜、1000～1200nm高反膜，出射面镀有1000～1200nm增透膜，Nd3+离子的掺杂浓度0.3-at.％，长度12mm。
6.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述可饱和吸收体Cr:YAG的两面均镀有1000～1200nm的增透膜，基频光1066nm的初始透过率为70～80%。
7.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述可饱和吸收体Cr:YAG的入射面的中部对应激光晶体c切割的Nd:YVO4晶体出射面的光线输出位置。
8.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述谐振腔输出镜的入射面镀有基频光1066nm高反膜，一阶斯托克斯光1097nm的反射率为98%，二阶斯托克斯光1129nm的反射率为95%，一阶斯托克斯光1168nm的反射率为97%，一阶斯托克斯光1178nm的反射率为96%，二阶斯托克斯光1215nm的反射率为95%。
9.如权利要求1所述的六波长输出的被动调Q c切割Nd:YVO4自拉曼全固态激光器，其特征在于：所述谐振腔输出镜的入射面中部与可饱和吸收体Cr:YAG出射面的光线输出位置相对应。
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