CN110556695A - 一种2.8微米波段波长可调谐激光器 - Google Patents

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郭敬为
陈莹
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Abstract

本发明公开一种产生2.8微米波段波长可调谐激光的方法，所述激光器包括激光模块、腔镜、输出镜、光学调谐器件、Q开关和拉曼介质。激光模块、腔镜和输出镜组成谐振腔，用以产生1.5微米波段激光输出，光学调谐器件用以调节波长，Q开关用以产生脉冲调制，以获得高峰值功率的激光输出，使受激拉曼过程具有高转换效率。产生的1.5微米激光在拉曼介质中发生受激拉曼转换过程，获得高峰值功率波长可调谐的2.8微米激光输出。针对现阶段2.8微米波段激光器只能输出单一波长的情况，本发明提出了一种产生2.8微米波段波长可调谐激光的产生方法，激光器同时还具有高峰值功率的特点。

Description

一种2.8微米波段波长可调谐激光器
技术领域
本发明涉及一种2.8微米波段激光器，尤其是涉及一种波长可调谐2.8微米波段激光器。
背景技术
2.8微米波段中红外激光处于大气吸收波段，大气吸收非常强，但存在着若干微小的窗口，因此只有波长可精确对准微窗口的激光才可用于大气传输。在大气通信领域，由于位于微窗口的2.8微米波段激光受大气中浮沉等微小粒子的散射影响较小，对烟尘等穿透能力较强，并且在海平面传播时气体分子对该激光的吸收和悬浮物对该激光的散射都比较弱，可被广泛地应用于大气通信领域。同时，大气主要气体成分是氮气和氧气，另外还有水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等一些微量或痕量气体。在大气中传输的激光辐射被大气中的气体分子吸收和散射，会形成大气对激光辐射的衰减效应。大气分子对激光辐射的吸收由大气分子的光谱结构决定，具有强烈的波长选择性。2.8微米波段覆盖了二氧化碳、氧化二氮、臭氧等气体分子的主要吸收峰，位于分子指纹区，也需要激光具有波长可调谐的性质。在环境监测领域，由于大多数的碳氢气体及其它的有毒气体，对2.8微米波段附近的光具有很强的吸收，所以其在天然气管道泄漏的探测、油田开采、毒品稽查及地球大气中对流层和平流层组成成分的探测等具有广泛的应用价值
现阶段产生2.8微米波段激光的方法主要包括固体激光技术、光纤技术及固体激光结合非线性技术等方法。现有2.8微米波段激光多为单一波长的激光，无法满足不同应用对波段内不同波长激光的需求，同时，现阶段激光多为连续激光或峰值功率不高的脉冲激光运转方式，无法满足某些应用对高峰值功率的激光脉冲的需求。
本发明提出一种固体激光结合受激拉曼非线性技术产生高峰值功率波长可调谐的2.8微米激光的新机制。在基频激光谐振腔内插入光学调谐器件用以精细调节基频激光输出波长，利用调Q元件产生具有高峰值功率的基频激光。以高峰值功率波长可调谐激光作为基频光，可实现高效率受激拉曼转换，获得2.8微米波段高峰值功率波长可调谐的激光输出，使输出激光精确对准大气微窗口和分子吸收谱线。
发明内容
本发明从获得波长可调节的2.8微米波段激光出发，提供了一种2.8微米波段波长可调谐激光器，使激光波长可以精确调节，并具有高峰值功率的特性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案：
一种2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，包括：
激光模块、腔镜与输出镜组成激光谐振腔，用以产生1.5微米激光输出，激光模块位于腔镜与输出镜之间；
光学调谐器件位于腔镜与输出镜之间用以调节输出波长，使激光器产生波长可调节的1.5微米激光输出；
调Q元件位于腔镜与输出镜之间用以压窄激光脉宽，使激光产生窄脉宽、高峰值功率的1.5微米激光输出；
拉曼介质用以进行拉曼转换过程，1.5微米基频激光通过拉曼介质发生受激拉曼转换过程，产生2.8微米的激光输出，拉曼介质两端镀有对1.5微米与2.8微米高透射的膜系，由于基频激光的特性，2.8微米激光也具有高峰值功率波长可调节的性质。
基于上述方案，进一步优选地，
所述激光模块1为任意能够产生1.5微米激光的固体激光模块或模块组合，结构上包括泵浦源与增益介质，泵浦源以侧泵、端泵等方式对增益介质进行泵浦。
基于上述方案，进一步优选地，
所述激光模块1其泵浦源能够产生式0.97微米的泵浦光，包括但不限于：例如0.97微米半导体泵浦源、氙灯泵浦源等。
基于上述方案，进一步优选地，
所述激光模块1其增益介质为掺杂Er3+/Yb3+的硼酸盐晶体材料包括但不限于：例如Er3+/Yb3+:RAB(R为Y、Gd或Lu)晶体、Er3+/Yb3+:SRB(R为Y、Gd或Lu)、Er3+/Yb3+:RCOB(R为Y或Gd)等。
基于上述方案，进一步优选地，
所述腔镜2与输出镜3相对的端面镀有1.5微米高反射的膜系。
基于上述方案，进一步优选地，
所述输出镜3与腔镜2相对的端面镀有1.5微米部分透射的膜系，其透射率根据实际情况介于5％～95％之间，其另一端面镀有对1.5微米高透射的膜系。
基于上述方案，进一步优选地，
所述光学调谐器件4为标准具、双折射滤波片或棱镜。
基于上述方案，进一步优选地，
所述调Q元件为主动或被动调Q元件，包括但不限于：例如机械调Q开关、电光调Q开关、声光调Q开关、饱和吸收体等。
基于上述方案，进一步优选地，
所述拉曼介质为拉曼频移量介于2900cm-1～3000cm-1之间，包括但不限于：例如甲烷、氘气等。
本发明的2.8微米波段波长可调谐激光器，相较于现有2.8微米波段激光器，获得的2.8微米波段高峰值功率波长可调谐的激光输出，使输出激光满足不同应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一种2.8微米波段波长可调谐激光器的实施例中的实施例1所描述的激光器装置的结构示意图；
图2是根据本发明一种2.8微米波段波长可调谐激光器的实施例中的实施例2所描述的激光器装置的结构示意图；
图3是根据本发明一种2.8微米波段波长可调谐激光器的实施例中的实施例3所描述的激光器装置的结构示意图；
图4是根据本发明一种2.8微米波段波长可调谐激光器的实施例中的实施例4所描述的激光器装置的结构示意图；
图中：1、激光模块；2、腔镜；3、输出镜；4、光学调谐器件；5、调Q元件；6、拉曼介质；7、1/4波片；8、偏振片；9、放大模块
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明提供的一种2.8微米波段波长可调节激光器，其包括：激光模块、腔镜、输出镜、光学调谐器件、Q开关和拉曼介质。
激光模块、腔镜与输出镜组成激光谐振腔，用以产生1.5微米激光输出，激光模块位于腔镜与输出镜之间；光学调谐器件位于腔镜与输出镜之间用以调节输出波长，使激光器产生波长可调节的1.5微米激光输出；调Q元件位于腔镜与输出镜之间用以压窄激光脉宽，使激光产生窄脉宽、高峰值功率的1.5微米激光输出；拉曼介质用以进行拉曼转换过程，1.5微米基频激光通过拉曼介质发生受激拉曼转换过程，产生2.8微米的激光输出，拉曼介质两端镀有对1.5微米与2.8微米高透射的膜系，由于基频激光的特性，2.8微米激光也具有高峰值功率波长可调节的性质。
所述激光模块1为任意能够产生1.5微米激光的固体激光模块或模块组合，结构上包括泵浦源与增益介质，泵浦源以侧泵、端泵等方式对增益介质进行泵浦。
所述激光模块1其泵浦源能够产生式0.97微米的泵浦光，包括但不限于：例如0.97微米半导体泵浦源、氙灯泵浦源等。
所述激光模块1其增益介质为掺杂Er3+/Yb3+的硼酸盐晶体材料包括但不限于：例如Er3+/Yb3+:RAB(R为Y、Gd或Lu)晶体、Er3+/Yb3+:SRB(R为Y、Gd或Lu)、Er3+/Yb3+:RCOB(R为Y或Gd)等。
所述腔镜2与输出镜3相对的端面镀有1.5微米高反射的膜系。
所述输出镜3与腔镜2相对的端面镀有1.5微米部分透射的膜系，其透射率根据实际情况介于5％～95％之间，其另一端面镀有对1.5微米高透射的膜系。
所述光学调谐器件4为标准具、双折射滤波片或棱镜。
所述调Q元件为主动或被动调Q元件，包括但不限于：例如机械调Q开关、电光调Q开关、声光调Q开关、饱和吸收体等。
所述拉曼介质为拉曼频移量介于2900cm-1～3000cm-1之间，包括但不限于：例如甲烷、氘气等。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1：
图1所示，一种2.8微米波段波长可调节激光器，包括：激光模块1、腔镜2、输出镜3、光学调谐器件4、Q开关5和拉曼介质6。激光模块、腔镜与输出镜组成激光谐振腔，用以产生1.5微米激光输出，激光模块位于腔镜与输出镜之间；光学调谐器件位于腔镜与输出镜之间用以调节输出波长，使激光器产生波长可调节的1.5微米激光输出；调Q元件位于腔镜与输出镜之间用以压窄激光脉宽，使激光产生窄脉宽、高峰值功率的1.5微米激光输出；拉曼介质用以进行拉曼转换过程，1.5微米基频激光通过拉曼介质发生受激拉曼转换过程，产生2.8微米的激光输出，拉曼介质两端镀有对1.5微米与2.8微米高透射的膜系，由于基频激光的特性，2.8微米激光也具有高峰值功率波长可调节的性质。
激光模块1为半导体泵浦源侧面泵浦增益介质的模块。
激光模块1其泵浦源为半导体泵浦源，波长为0.97微米，12个泵浦单元成三维四列排布。
激光模块1其增益介质为Er3+/Yb3+:RAB晶体，产生激光波长为1548nm。晶体为尺寸Ф3*80mm的棒状激光晶体，两端面镀有对1.5微米激光高透射的膜系。
腔镜2与输出镜3相对的端面镀有1.5微米高反射的膜系。
输出镜3与腔镜2相对的端面镀有1.5微米部分透射的膜系，其透射率为40％，其另一端面镀有对1.5微米高透射的膜系。
光学调谐器件4为标准具，尺寸为Ф25*0.7mm。
调Q元件为声光调Q开关。
拉曼介质为拉曼频移量2914cm-1的甲烷气体，基频激光经过拉曼转换后产生激光波长为2.82微米。
实施例2：
图2所示，一种2.8微米波段波长可调节激光器，包括：1、激光模块；2、腔镜；3、输出镜；4、光学调谐器件；5、调Q元件；6、拉曼介质；7、1/4波片；8、偏振片。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于所选调Q元件5为电光Q开关，电光Q开关为偏振元件，因此为形成偏振振荡需在腔内加入偏振元件1/4波片7和偏振片8，且输出基频激光为水平偏振。
实施例3：
图3所示，一种2.8微米波段波长可调节激光器，包括：1、激光模块；2、腔镜；4、光学调谐器件；5、调Q元件；6、拉曼介质；7、1/4波片；8、偏振片。
由图可知，本实施例与实施例2不同之处在于输出基频激光为竖直偏振，因此腔型结构有所不同。
实施例4：
图4所示，一种2.8微米波段波长可调节激光器，包括：1、激光模块；2、腔镜；3、输出镜；4、光学调谐器件；5、调Q元件；6、拉曼介质；9、放大模块。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于基频激光进入拉曼介质前进行了功率放大，加入放大模块9可以增加基频激光的功率，使受激拉曼过程具有更高的转换效率，相应的2.8微米激光具有更高的峰值功率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，包括：
激光模块、腔镜、输出镜、光学调谐器件、调Q元件和拉曼介质。
激光模块、腔镜与输出镜组成激光谐振腔，用以产生1.5微米激光输出，激光模块位于腔镜与输出镜之间；
光学调谐器件位于腔镜与输出镜之间用以调节输出波长，使激光器产生波长可调节的1.5微米激光输出；
调Q元件位于腔镜与输出镜之间用以压窄激光脉宽，使激光产生窄脉宽、高峰值功率的1.5微米激光输出；
拉曼介质用以进行拉曼转换过程，1.5微米基频激光通过拉曼介质发生受激拉曼转换过程，产生2.8微米的激光输出，拉曼介质两端镀有对1.5微米与2.8微米高透射的膜系，由于基频激光的特性，2.8微米激光也具有高峰值功率波长可调节的性质。
2.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述激光模块1为任意能够产生1.5微米激光的固体激光模块或模块组合，结构上包括泵浦源与增益介质，泵浦源以侧泵、端泵等方式对增益介质进行泵浦。
3.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述激光模块1其泵浦源能够产生式0.97微米的泵浦光，包括但不限于：例如0.97微米半导体泵浦源、氙灯泵浦源等。
4.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述激光模块1其增益介质为掺杂Er3+/Yb3+的硼酸盐晶体材料包括但不限于：例如Er3+/Yb3+:RAB(R为Y、Gd或Lu)晶体、Er3+/Yb3+:SRB(R为Y、Gd或Lu)、Er3+/Yb3+:RCOB(R为Y或Gd)等。
5.根据权利要求1所述的一种2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述腔镜2与输出镜3相对的端面镀有1.5微米高反射的膜系。
6.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述输出镜3与腔镜2相对的端面镀有1.5微米部分透射的膜系，其透射率根据实际情况介于5％～95％之间，其另一端面镀有对1.5微米高透射的膜系。
7.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述光学调谐器件4为标准具、双折射滤波片或棱镜。
8.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述调Q元件为主动或被动调Q元件，包括但不限于：例如机械调Q开关、电光调Q开关、声光调Q开关、饱和吸收体等。
9.根据权利要求1所述的2.8微米波段波长可调谐激光器，其特征在于，所述拉曼介质为拉曼频移量介于2900cm-1～3000cm-1之间，包括但不限于：例如甲烷、氘气等。
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