CN111370988B - 一种1.55μm波段调Q脉冲激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，属于固体激光器器件领域，能够有效简化现有1.55μm波段被动调Q激光器的结构并降低器件制作成本。所述激光器包括：泵浦源、以及依次设置在泵浦源出射光路上的输入镜、激光晶体和输出镜；泵浦源可产生0.98μm或0.94μm波段激光；激光晶体为铒镱共掺硅酸盐晶体。本发明用于产生可调Q的1.55μm波段脉冲激光。

Description

一种1.55μm波段调Q脉冲激光器
技术领域
本发明涉及一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，属于固体激光器器件领域。
背景技术
1.55μm波段激光对人眼安全，且位于良好的大气传输窗口，对烟、雾的穿透能力强。另外，该波段激光还对应于室温工作的Ge和InGaAs探测器的探测灵敏区，可实现无需低温制冷的信号探测和收集。基于1.55μm波段激光的上述优点，1.55μm波段的调Q脉冲全固态激光器在激光雷达、激光测距、三维成像及目标识别等许多领域也具有重要的应用价值。
目前，基于铒镱共掺晶体获得1.55μm波段被动调Q脉冲激光的技术方案，主要是在激光器的谐振腔内加入可饱和吸收材料作为被动调Q器件，如Co2+:MgAl2O4晶体、Co2+:ZnSe晶体、Cr2+:ZnSe晶体以及二维材料石墨烯和黑磷等，但这些可饱和吸收材料的设置不仅增加了激光腔损耗，也增加了器件成本和体积。
发明内容
本发明提供了一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，能够有效简化现有1.55μm波段被动调Q激光器的结构并降低器件制作成本。
本发明提供了一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，所述激光器包括：泵浦源、以及依次设置在所述泵浦源出射光路上的输入镜、激光晶体和输出镜；所述泵浦源可产生0.98μm或0.94μm波段激光；所述激光晶体为铒镱共掺硅酸盐晶体。
可选地，所述激光器还包括：耦合组件，所述耦合组件设置在所述泵浦源和所述输入镜之间，用于将所述泵浦源的出射光聚焦在所述激光晶体上。
可选地，所述铒镱共掺硅酸盐晶体包括：Er3+:Yb3+:R2Si2O7晶体，其中，R为Y、Gd、Lu和Sc中的一种或多种元素的组合。
可选地，所述铒镱共掺硅酸盐晶体还包括：Er3+:Yb3+:A3RM3Si2O14晶体，其中，A为Ca，Sr和Ba中的一种元素或多种元素的组合；R为Nb和Ta中的一种或多种元素的组合；M为Al和Ga元素中的一种或多种元素的组合。
可选地，所述泵浦源为半导体激光器。
可选地，所述耦合组件包括：第一凸透镜和第二凸透镜；所述第一凸透镜设置在所述泵浦源和所述输入镜之间的光路上；所述第二凸透镜设置在所述第一凸透镜和所述输入镜之间。
可选地，所述输入镜包括第一镜体和镀在所述第一镜体的入光面或出光面上的第一介质膜；所述第一介质膜对所述泵浦源出射光的透过率大于或等于80％，对1.55μm波段激光的反射率大于或等于99.5％。
可选地，所述输出镜包括第二镜体和镀在所述第二镜体的入光面或出光面上的第二介质膜；所述第二介质膜对1.55μm波段激光的透过率小于或等于15％。
可选地，所述第一镜体为平面镜或凹面镜。
可选地，所述第二镜体为平面镜或凹面镜。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明所提供的1.55μm波段调Q脉冲激光器，采用铒镱共掺硅酸盐晶体来实现激光晶体与调Q器件合二为一，激光器腔内无需添加额外的可饱和吸收材料作为被动调Q器件，同时本发明所提供的1.55μm波段调Q脉冲激光器无需额外施加外场，仅在半导体激光泵浦下即可实现被动调Q脉冲激光运转，本发明所提供的1.55μm波段调Q脉冲激光器结构简单，制作成本低且适合批量化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的1.55μm波段调Q脉冲激光器结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，如图1所示，激光器包括：泵浦源1、以及依次设置在泵浦源1出射光路上的输入镜2、激光晶体3和输出镜4；泵浦源1可产生0.98μm或0.94μm波段激光；激光晶体3为铒镱共掺硅酸盐晶体。
其中，泵浦源1可以为半导体激光器，用于产生0.98μm或0.94μm波段激光，0.98μm或0.94μm波段激光可以是连续激光也可以是脉冲激光。
在实际应用中，将输入镜2、激光晶体3和输出镜4依次设置在泵浦源1的出射光路上，通过采用铒镱共掺硅酸盐晶体来实现激光晶体与调Q器件合二为一，激光器腔内无需添加额外的可饱和吸收材料作为被动调Q器件，同时本发明所提供的1.55μm波段调Q脉冲激光器也无需额外施加外场，在半导体激光泵浦下即可实现被动调Q脉冲激光运转，简化了激光器结构，降低了器件成本且适合批量化生产。
本发明实施例提供的激光器还包括：耦合组件，耦合组件设置在泵浦源1和输入镜2之间，用于将泵浦源1的出射光聚焦在激光晶体3上。
其中，耦合组件包括：第一凸透镜5和第二凸透镜6，第一凸透镜5设置在泵浦源1和输入镜2之间的光路上，第二凸透镜6设置在第一凸透镜5和输入2镜之间，用于将泵浦源1的出射光聚焦在激光晶体3上。
本发明实施例提供的铒镱共掺硅酸盐晶体包括：Er3+:Yb3+:R2Si2O7晶体，其中，R为Y、Gd、Lu和Sc中的一种或多种元素的组合；还包括：Er3+:Yb3+:A3RM3Si2O14晶体，其中，A为Ca，Sr和Ba中的一种元素或多种元素的组合；R为Nb和Ta中的一种或多种元素的组合；M为Al和Ga元素中的一种或多种元素的组合。
本发明实施例提供的输入镜2包括：第一镜体和镀在第一镜体的入光面或出光面上的第一介质膜，第一介质膜对泵浦源1出射光的透过率大于或等于80％，对1.55μm波段激光的反射率大于或等于99.5％。
输出镜4包括第二镜体和镀在第二镜体的入光面或出光面上的第二介质膜，第二介质膜对1.55μm波段激光的透过率小于或等于15％。
其中，第一镜体和第二镜体可以为平面镜或凹面镜，输入镜2上镀有第一介质膜，第一介质膜可以镀在第一镜体的入光面或出光面上，本发明对此不做限定，第一介质膜对泵浦源1出射光的透过率大于等于80％，对1.55μm波段激光的反射率大于等于99.5％，输出镜4上镀有第二介质膜，第二介质膜对1.55μm波段激光的透过率小于等于15％。输入镜2和输出镜4形成谐振腔来实现激光的输出。
本发明实施例还提供了两种具体实施例，包括：
976nm波长的半导体激光泵浦Er:Yb:Lu2Si2O7晶体实现1545nm的自调Q脉冲激光输出。具体实施方式为：沿光路依次排列976nm波长的光纤耦合半导体激光器、由两个凸透镜5和6组成的光学耦合器、输入镜2、Er:Yb:Lu2Si2O7晶体和输出镜4。半导体激光器输出的泵浦光束经过透镜组后聚焦到Er:Yb:Lu2Si2O7晶体中，晶体中泵浦光光束腰斑直径为200μm。输入镜2为平面镜，在976nm波长处透过率T＝90％，在1545nm波长处反射率R>99.8％，输出镜4为平面镜，在1545nm波长处透过率T＝3％，腔长约为16mm。将通光截面为3×3mm2和厚度为2.5mm的Y切片(0.5at.％)Er:(5.0at.％)Yb:Lu2Si2O7晶体固定在中间有通光孔的铜座上，并置于谐振腔中靠近输入镜2位置处。在976nm波长的半导体激光泵浦下，该晶体即可产生1545nm的被动自调Q脉冲激光。
976nm波长的半导体激光泵浦Er:Yb:Ca3NbGa3Si2O14晶体实现1555nm的自调Q脉冲激光输出。具体实施方式为：沿光路依次排列976nm波长的光纤耦合半导体激光器、由两个凸透镜5和6组成的光学耦合器、输入镜2、Er:Yb:Ca3NbGa3Si2O14晶体和输出镜4。半导体激光器输出的泵浦光束经过透镜组后聚焦到Er:Yb:Ca3NbGa3Si2O14晶体中，晶体中泵浦光光束腰斑直径为400μm。输入镜2为平面镜，在976nm波长处透过率T＝90％，在1555nm波长处反射率R>99.8％；输出镜4为凹面镜，曲率半径为100mm，在1555nm波长处透过率T＝3％，腔长约为40mm。将通光截面为3×3mm2和厚度为2.5mm的c切片(0.75at.％)Er:(1.7at.％)Yb:Ca3NbGa3Si2O14晶体固定在中间有通光孔的铜座上，并置于谐振腔中靠近输入镜2位置处。在976nm波长的半导体激光泵浦下，该晶体即可产生1555nm的被动自调Q脉冲激光。
以上，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种1.55μm波段调Q脉冲激光器，其特征在于，所述激光器包括：泵浦源、以及依次设置在所述泵浦源出射光路上的输入镜、激光晶体和输出镜；
所述泵浦源可产生0.98μm或0.94μm波段激光；
所述激光晶体为铒镱共掺硅酸盐晶体，采用所述铒镱共掺硅酸盐晶体来实现所述激光晶体与调Q器件合二为一；
所述铒镱共掺硅酸盐晶体为：Er3+:Yb3+:R2Si2O7晶体，其中，R为Y、Gd、Lu和Sc中的一种或多种元素的组合；
或者，所述铒镱共掺硅酸盐晶体为：Er3+:Yb3+:A3RM3Si2O14晶体，其中，A为Ca，Sr和Ba中的一种元素或多种元素的组合，R为Nb和Ta中的一种或两种元素的组合，M为Al和Ga元素中的一种或两种元素的组合。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：耦合组件，所述耦合组件设置在所述泵浦源和所述输入镜之间，用于将所述泵浦源的出射光聚焦在所述激光晶体上。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦源为半导体激光器。
4.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述耦合组件包括：第一凸透镜和第二凸透镜；
所述第一凸透镜设置在所述泵浦源和所述输入镜之间的光路上；
所述第二凸透镜设置在所述第一凸透镜和所述输入镜之间。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述输入镜包括第一镜体和镀在所述第一镜体的入光面或出光面上的第一介质膜；
所述第一介质膜对所述泵浦源出射光的透过率大于或等于80％，对1.55μm波段激光的反射率大于或等于99.5％。
6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述输出镜包括第二镜体和镀在所述第二镜体的入光面或出光面上的第二介质膜；
所述第二介质膜对1.55μm波段激光的透过率小于或等于15％。
7.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述第一镜体为平面镜或凹面镜。
8.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第二镜体为平面镜或凹面镜。
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