CN109842012A - 用于输出多波长激光的激光发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于输出多波长激光的激光发生装置及方法，涉及激光领域。该装置包括：激光光源、后腔镜、激光激活介质、n个二向色镜和n+1个前腔镜，其中：后腔镜、激光激活介质和n个二向色镜依次排布在抽运激光的光路上，n+1个前腔镜分别设置在n+1路输出激光的光路上，n+1个前腔镜与后腔镜构成n+1个谐振腔。本发明提供的激光发生装置与方法，能够产生满足需求的多波长的激光输出，输出的多波长激光不是竞争关系，而是相互促进，共生共涨，从而提高多波长激光的输出效率，并且还能有效降低激光激活介质发热。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及用于同步输出多波长激光的激光发生装置及方法。
背景技术
目前，为了获取多个波长输出，通常选择倍频或三倍频、参量振荡等频率转换方式生成多波长激光。若在同一激光谐振腔中，双波长输出激光是基于增益介质两个发射峰同时实现激光振荡，通常选择同一类激活粒子不同能级之间的跃迁，或者同一能级内不同分量之间的跃迁。
现有的方法输出的双波长或多波长激光具有相同的上能级，所有可用于产生激光输出的上能级光子都来自同一能级，这就导致双波长或多波长激光的输出能量相互竞争，效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于同步输出多波长激光的激光发生装置、一种用于同步输出多波长激光的激光发生方法及两种激光器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于输出多波长激光的激光发生装置，包括：激光光源、后腔镜、激光激活介质、n个二向色镜和n+1个前腔镜，n≥1，其中：
所述激光光源用于产生抽运激光，所述后腔镜、所述激光激活介质和n个所述二向色镜依次排布在所述抽运激光的光路上，n个所述二向色镜用于将经所述激光激活介质生成的激光分成波长不同的n+1路输出激光，n+1个所述前腔镜分别设置在n+1路所述输出激光的光路上，n+1个所述前腔镜与所述后腔镜构成n+1个谐振腔，n+1个谐振腔用于振荡波长不同的激光。
本发明的有益效果是：本发明提供的激光发生装置，通过多个前腔镜与一个后腔镜构成的多个谐振腔对激光进行振荡，将谐振腔产生的激光作为诱导光，使处于高能级的粒子受激跃迁，从而产生满足需求的多波长的激光输出，输出的多波长激光不是竞争关系，而是相互促进，共生共涨，从而提高多波长激光的输出效率，并且还能有效降低激光激活介质发热。
进一步地，在所述激光光源和所述后腔镜之间，还设置有光束整形系统，用于对所述抽运激光进行整形。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过光束整形系统对抽运激光进行整形，能够提高生产激光的品质。
进一步地，还包括：m个精密转动平台，1≤m≤n，所述精密转动平台用于调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置精密转动平台，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路之间的角度，能够实现对输出激光波长的调整，提高了本发明的实用性。
进一步地，所述抽运激光在所述激光激活介质上与激光谐振腔基模体积匹配。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够获得近衍射极限的激光输出。
进一步地，每个所述前腔镜到所述激光激活介质的距离均相等。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够使得到的激光波长都尽量获得近衍射极限的激光输出。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种激光器，使用如上述技术方案中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种用于输出多波长激光的激光发生方法，使用如上述技术方案中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光，包括：
通过激光光源产生抽运激光；
通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对所述抽运激光进行振荡，n≥1；
通过二向色镜将生成的激光分成波长不同的n+1路输出激光。
本发明提供的激光发生方法，通过振荡不同波长激光的多个谐振腔对所述抽运激光进行振荡，将谐振腔产生的激光作为诱导光，使处于高能级的粒子受激跃迁，从而产生满足需求的多波长的激光输出，输出的多波长激光不是竞争关系，而是相互促进，共生共涨，从而提高多波长激光的输出效率，并且还能有效降低激光激活介质发热。
进一步地，通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对所述抽运激光进行振荡之前，还包括：
通过光束整形系统对所述抽运激光进行整形。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过光束整形系统对抽运激光进行整形，能够提高生产激光的品质。
进一步地，还包括：通过m个精密转动平台，1≤m≤n，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置精密转动平台，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路之间的角度，能够实现对输出激光波长的调整，提高了本发明的实用性。
进一步地，所述抽运激光在所述激光激活介质上与激光谐振腔基模体积匹配。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够获得近衍射极限的激光输出。
进一步地，每个所述前腔镜到所述激光激活介质的距离均相等。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够使得到激光波长都尽量获得近衍射极限的激光输出。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种激光器，使用如上述技术方案中任一项所述的激光发生方法生成多波长激光。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明激光发生装置的实施例提供的结构示意图；
图2为本发明激光发生装置的实施例提供的能级结构示意图；
图3为本发明激光发生装置的实施例提供的Dy:PGS晶体能级结构示意图；
图4为本发明激光发生装置的其他实施例提供的结构示意图；
图5为本发明激光发生方法的实施例提供的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明激光发生装置的实施例提供的结构示意图，该激光发生装置包括：激光光源1、后腔镜2、激光激活介质3、二向色镜4、第一前腔镜5和第二前腔镜6，其中：
激光光源1用于产生抽运激光，后腔镜2、激光激活介质3和二向色镜4依次排布在抽运激光的光路上，二向色镜4用于将经激光激活介质3生成的激光分成波长不同的2路输出激光，第一前腔镜5和第二前腔镜6分别设置在2路输出激光的光路上，2个前腔镜与后腔镜2构成2个谐振腔，2个谐振腔用于振荡波长不同的激光。
可选地，还可以包括：光栅7，设置在二向色镜4和第二前腔镜6之间。
如图1所示，第一前腔镜5和后腔镜2构成了一个谐振腔，第二前腔镜6和后腔镜2构成了另一个谐振腔，通过二向色镜4分光后，2个谐振腔分别振荡不同波长的光，这样，其中一个谐振腔产生的激光就可以作为另一波长激光的诱导光，使激光激活介质3中的粒子发生受激跃迁，从而产生不同波长的激光输出。
下面结合附图进一步说明本发明的原理。
如图2所示，给出了一种示例性的能级结构示意图，处于基态的粒子被抽运激光λ0抽运到能级p，假设能级m的寿命大于能级n的寿命，若要生成波长为λ2的激光，那么能级m会累积较多的粒子，上下能级的粒子数反转状态消失，导致输出激光效率变低。此时，通过其中一个谐振腔产生的激光就作为诱导光，使处于能级m的粒子受激跃迁到基态，那么就能够持续输出波长为λ2和λ3的2路激光了。
也就是说，诱导光用于使处于寿命较长能级的粒子受激跃迁，根据寿命较长能级与下一能级或基态能级的能级差确定诱导光的波长。
需要说明的是，在通过激光激活介质3生成激光的过程中，对于下能级寿命长于上能级寿命的激光晶体而言，当粒子被抽运到激发态后，其自发跃迁到下能级的效率低下，而下能级的寿命又长于上能级，这就导致下能级迅速饱和，上下能级的粒子数反转状态消失，无法持续输出激光。而本申请通过诱导光使处于饱和能级的粒子受激跃迁到下能级，能够迅速清空饱和能级，从而获得持续的激光输出。
优选地，激光激活介质3可以为中红外激光晶体Dy3+:PbGa2S4，以下简称为Dy:PGS晶体。
Dy:PGS晶体具有常温下能级寿命长，抽运光源处于近红外波段，具有易于获取的特有优势，在获取中红外大功率激光领域具有较大的发展潜力。
应理解，激光激活介质3可以根据实际需求选择，即下能级寿命长于上能级寿命的激光激活介质。
例如，如图3所示，给出了示例性的Dy:PGS晶体能级结构示意图，图中以Dy:PGS晶体为例，Dy:PGS晶体在中红外波段输出中几个重要能级的寿命分别为：6H9/2+6F11/2能级寿命160微秒，6H11/2能级寿命2毫秒，6H13/2能级寿命6毫秒，6H15/2能级为基态能级。
在实验中，如果需要获得4.3-4.7μm的激光输出，其中一个谐振腔可以振荡2.9μm的激光，作为诱导光源，对6H13/2能级上的粒子进行清空，以确保高效率的连续4.3-4.7μm激光输出。这样，就能够生成2.9μm和4.3-1.7μm激光。
本实施例提供的激光发生装置，通过多个前腔镜与一个后腔镜2构成的多个谐振腔对激光进行振荡，将其中一个谐振腔产生的激光作为诱导光，使处于高能级的粒子受激跃迁，从而产生满足需求的多波长的激光输出，输出的多波长激光不是竞争关系，而是相互促进，共生共涨，从而提高多波长激光的输出效率，并且还能有效降低激光激活介质3发热。
可选地，在一些实施例中，在激光光源1和后腔镜2之间，还设置有光束整形系统，用于对抽运激光进行整形。
通过光束整形系统对抽运激光进行整形，能够提高生产激光的品质。
可选地，在一些实施例中，还包括：精密转动平台，第二前腔镜6安装在精密转动平台上，精密转动平台用于调整第二前腔镜6与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
例如，波长选择元件可以为光栅。
通过设置精密转动平台，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度，能够实现对输出激光波长的调整，提高了本发明的实用性。
需要说明的是，对于Dy:PGS晶体而言，如需要获得4.3-4.7微米的激光输出，就需要对前腔镜的角度进行细微调整，此时，可以使用精密转动平台转动前腔镜，以获得连续可调的激光输出。
应理解，精密转动平台也可以为多个，当精密转动平台为多个时，与前腔镜是一一对应的关系，前腔镜可以固定，也可以设置在精密转动平台上，例如，可以不设置精密转动平台，此时，第一前腔镜5与第二前腔镜6都固定设置，也可以根据实际需求设置1个精密转动平台，安装第一前腔镜5或第二前腔镜6，也可以根据实际需求设置2个精密转动平台，分别安装第一前腔镜5和第二前腔镜6。
可选地，在一些实施例中，抽运激光在激光激活介质3上与激光谐振腔基模体积匹配。这样能够获得近衍射极限的激光输出。
可选地，在一些实施例中，每个前腔镜到激光激活介质3的距离均相等。这样能够使获得的激光波长都尽量获得近衍射极限的激光输出。
如图4所示，为本发明激光发生装置的其他实施例提供的结构示意图，该激光发生装置包括：激光光源1、后腔镜2、激光激活介质3、第一二向色镜8、第二二向色镜9、第一前腔镜5、第二前腔镜6和第三前腔镜10，其中：
激光光源1用于产生抽运激光，后腔镜2、激光激活介质3、第一二向色镜8和第二二向色镜9依次排布在抽运激光的光路上，第一二向色镜8和第二二向色镜9用于将经激光激活介质3生成的激光分成波长不同的3路输出激光，第一前腔镜5、第二前腔镜6和第三前腔镜10分别设置在3路输出激光的光路上，第一前腔镜5、第二前腔镜6和第三前腔镜10与后腔镜2构成3个谐振腔，3个谐振腔用于振荡波长不同的激光。
可选地，还可以包括：光栅7，设置在第二二向色镜9和第三前腔镜10之间，用于调整激光光路。
如图4所示，第一前腔镜5和后腔镜2构成了一个谐振腔，第二前腔镜6和后腔镜2构成了另一个谐振腔，第三前腔镜10和后腔镜2构成了又一个谐振腔，通过第一二向色镜8和第二二向色镜9分光后，3个谐振腔分别振荡不同波长的光，这样，其中一个谐振腔产生的激光就可以作为诱导光，使激光激活介质3中的粒子发生受激跃迁，从而产生不同波长的激光输出。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
在本发明的其他实施例中，还提供一种激光器，使用如上述实施例中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光。
如图5所示，为本发明激光发生方法的实施例提供的流程示意图，该激光发生方法使用如上述实施例中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光，包括：
S1，通过激光光源产生抽运激光。
S2，通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对抽运激光进行振荡，n≥1。
S3，通过二向色镜将生成的激光分成波长不同的n+1路输出激光。
需要说明的是，当多个谐振腔对抽运激光进行振荡时，谐振腔产生诱导光，使激光激活介质的粒子受激跃迁，从而产生多波长激光。
应理解，谐振腔的数量可以根据实际需求设置，例如，需要输出双波长激光时，需要2个谐振腔即可，需要输出3波长激光时，需要3个谐振腔。
本实施例提供的激光发生方法，通过振荡不同波长激光的多个谐振腔对抽运激光进行振荡，将其中一个谐振腔产生的激光作为诱导光，使处于高能级的粒子受激跃迁，从而产生满足需求的多波长的激光输出，输出的多波长激光不是竞争关系，而是相互促进，共生共涨，从而提高多波长激光的输出效率，并且还能有效降低激光激活介质发热。
可选地，在一些实施例中，通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对抽运激光进行振荡之前，还包括：
通过光束整形系统对抽运激光进行整形。
通过光束整形系统对抽运激光进行整形，能够提高生产激光的品质。
可选地，在一些实施例中，还包括：通过m个精密转动平台，1≤m≤n，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
通过设置精密转动平台，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度，能够实现对输出激光波长的调整，提高了本发明的实用性。
可选地，在一些实施例中，抽运激光在激光激活介质上与激光谐振腔基模体积匹配。这样能够获得近衍射极限的激光输出。
可选地，在一些实施例中，每个前腔镜到激光激活介质的距离均相等。这样能够使获得的激光波长都尽量获得近衍射极限的激光输出。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
需要说明的是，本实施例是与上述各产品实施例对应的方法实施例，对于本实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
在本发明的其他实施例中，还提供一种激光器，使用如上述实施例中任一项所述的激光发生方法生成多波长激光。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于输出多波长激光的激光发生装置，其特征在于，包括：激光光源、后腔镜、激光激活介质、n个二向色镜和n+1个前腔镜，n≥1，其中：
所述激光光源用于产生抽运激光，所述后腔镜、所述激光激活介质和n个所述二向色镜依次排布在所述抽运激光的光路上，n个所述二向色镜用于将经所述激光激活介质生成的激光分成波长不同的n+1路输出激光，n+1个所述前腔镜分别设置在n+1路所述输出激光的光路上，n+1个所述前腔镜与所述后腔镜构成n+1个谐振腔，n+1个谐振腔用于振荡波长不同的激光。
2.根据权利要求1所述的用于输出多波长激光的激光发生装置，其特征在于，在所述激光光源和所述后腔镜之间，还设置有光束整形系统，用于对所述抽运激光进行整形。
3.根据权利要求1所述的用于输出多波长激光的激光发生装置，其特征在于，还包括：m个精密转动平台，1≤m≤n，所述精密转动平台用于调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于输出多波长激光的激光发生装置，其特征在于，所述抽运激光在所述激光激活介质上与激光谐振腔基模体积匹配。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于输出多波长激光的激光发生装置，其特征在于，每个所述前腔镜到所述激光激活介质的距离均相等。
6.一种激光器，其特征在于，使用如权利要求1至5中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光。
7.一种用于输出多波长激光的激光发生方法，其特征在于，使用如权利要求1至5中任一项所述的激光发生装置生成多波长激光，包括：
通过激光光源产生抽运激光；
通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对所述抽运激光进行振荡，n≥1；
通过二向色镜将生成的激光分成波长不同的n+1路输出激光。
8.根据权利要求7所述的用于输出多波长激光的激光发生方法，其特征在于，通过振荡不同波长激光的n+1个谐振腔对所述抽运激光进行振荡之前，还包括：
通过光束整形系统对所述抽运激光进行整形。
9.根据权利要求7所述的用于输出多波长激光的激光发生方法，其特征在于，还包括：通过m个精密转动平台，1≤m≤n，调整安装在其上的前腔镜与输出激光光路上波长选择元件之间的角度。
10.一种激光器，其特征在于，使用如权利要求7至9中任一项所述的激光发生方法生成多波长激光。
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