CN112397982A - 一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器 - Google Patents

一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器 Download PDF

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Abstract

一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，它属于激光技术领域，解决现有非线性频率变换一般对于泵浦光的转换效率较低，无法实现双波长的等功率同步输出，且输出的两个激光波长值相差较大的问题。一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，它由低温恒温器、激光器、第一透镜、第二透镜、激光输入镜、激光输出镜、激光晶体、第一恒温器窗口镜及第二恒温器窗口镜组成，所述的激光晶体为Tm,Ho:YAP晶体，且由铟箔包裹后安装在紫铜热沉中，激光晶体和紫铜热沉置于低温恒温器的底部真空室内，使得激光晶体处于真空及低温环境中。

Description

一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器
技术领域
本发明属于激光技术领域。
背景技术
双波长激光器可同步输出两个不同波长的激光，在痕量气体检测、分子生物学、显示技术、医疗和遥感领域均具有重要应用价值。
目前的双波长激光器大多采用倍频、和频、拉曼频移等非线性频率变换的方法来实现。非线性频率变换一般对于泵浦光的转换效率较低，基于不同非线性晶体材料一般在5％～18％范围内，波长变换后激光功率与泵浦光像差较大，不利于实现双波长的等功率同步输出。并且非线性频率变换后输出的两个激光波长值相差较大(如1064nm倍频得到532nm激光的双波长体制，双波长相差超过0.5微米)，在一些需要精细测量的应用中(如差分痕量气体检测)使用效果并不理想。
发明内容
本发明目的是为了解决现有非线性频率变换一般对于泵浦光的转换效率较低，无法实现双波长的等功率同步输出，且输出的两个激光波长值相差较大的问题，提供了一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器。
一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，它由低温恒温器、激光器、第一透镜、第二透镜、激光输入镜、激光输出镜、激光晶体、第一恒温器窗口镜及第二恒温器窗口镜组成；
其中激光输入镜和激光输出镜组成平凹腔型的激光谐振腔，所述的激光输入镜镀有对800nm波段的增透膜及对1800nm～2500nm波段的全反膜，所述的激光输出镜镀有对1800nm～2500nm波段透过率为5％的部分反射膜；
所述的激光晶体为Tm,Ho:YAP晶体，且由铟箔包裹后安装在紫铜热沉中，激光晶体和紫铜热沉置于低温恒温器的底部真空室内，使得激光晶体处于真空及温度为4K～200K的环境中；所述的真空室两端分别设有第一恒温器窗口镜及第二恒温器窗口镜，且第一恒温器窗口镜及第二恒温器窗口镜均镀有对1800nm～2500nm波段的高透膜；
激光器产生波长为795nm的泵浦光并经过输出光纤耦合输出，波长为795nm的泵浦光入射至第一透镜上，经第一透镜准直后依次经过第二透镜、激光输入镜及第一恒温器窗口镜，然后入射至激光晶体的中心处，再依次经过第二恒温器窗口镜及激光输出镜，由激光输出镜同步输出波长为2000nm和2119nm激光。
本发明的有益效果是：
本发明基于Tm,Ho:YAP晶体的光学特性，开发了一套超低温双波长直腔激光器，可实现2000nm和2119nm双波段连续激光的同步稳定输出，输出功率均方根误差在0.10W～0.15W内。控制激光晶体处于44K最优温度下，在30W注入泵浦功率时，激光最大输出总功率达到11W，双波长的功率比可控制到近1:1输出。双波长输出线宽分别1.28nm和1.29nm。解决了现有非线性频率变换一般对于泵浦光的转换效率较低，无法实现双波长的等功率同步输出，且输出的两个激光波长值相差较大的问题。
附图说明
图1为本发明基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器的结构示意图；
图2为本发明基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器能级跃迁与能量转移过程示意图；
图3为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器超低温双波长输出结果图；
图4为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2000nm波长分量的光束质量分析图；
图5为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2000nm波长分量的横向高斯光强分布图；
图6为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2119nm波长分量的光束质量分析图；
图7为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2119nm波长分量的横向高斯光强分布图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明，一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，它由低温恒温器3、激光器4、第一透镜5、第二透镜6、激光输入镜7、激光输出镜8、激光晶体9、第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2组成；
其中激光输入镜7和激光输出镜8组成平凹腔型的激光谐振腔，所述的激光输入镜7镀有对800nm波段的增透膜及对1800nm～2500nm波段的全反膜，所述的激光输出镜8镀有对1800nm～2500nm波段透过率为5％的部分反射膜；
所述的激光晶体9为Tm,Ho:YAP晶体，且由铟箔包裹后安装在紫铜热沉中，激光晶体9和紫铜热沉置于低温恒温器3的底部真空室内，使得激光晶体9处于真空及温度为4K～200K的环境中；所述的真空室两端分别设有第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2，且第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2均镀有对1800nm～2500nm波段的高透膜；
激光器4产生波长为795nm的泵浦光并经过输出光纤耦合输出，波长为795nm的泵浦光入射至第一透镜5上，经第一透镜5准直后依次经过第二透镜6、激光输入镜7及第一恒温器窗口镜10-1，然后入射至激光晶体9的中心处，再依次经过第二恒温器窗口镜10-2及激光输出镜8，由激光输出镜8同步输出波长为2000nm和2119nm激光。
为了能够研制波长差较小的等功率双波长中红外激光器，本具体实施方式提出采用低温恒温器进行对激光介质进行温度控制，从而在超低温下调控激光介质的上能级粒子数布局，最终实现稳定的双波长2微米波段激光输出。
双波长激光器采用Tm,Ho:YAP晶体作为激光晶体，通过低温恒温器实现对激光晶体的精确温控。
原理分析：激光器4产生波长为795nm的泵浦光经过光纤耦合输出，输出光纤芯径为400μm，数值孔径为0.2。输出泵浦光入射至第一透镜5上，经第一透镜5准直后再由第二透镜6实现泵浦光的汇聚，第二透镜6选用焦距为70mm的平凸透镜使泵浦光聚焦于激光晶体9的中心处。激光晶体9是一个尺寸为4mm×4mm×10mm的Tm,Ho:YAP晶体，两端镀有770nm～850nm和1800nm～2500nm两个波段的高透膜。将激光晶体9用铟箔包裹后安装在导热性优异的紫铜热沉上，晶体和热沉整体置于真空状态的低温恒温器3内，通过低温恒温器3精确的温度控制实现激光上能级粒子数的调控，使双波长稳定同步输出。分子泵1和压缩机2分别负责保证低温恒温器3内部的真空环境和对冷头的冷却，真空环境通过隔绝紫铜热沉与外界的热交换保证高效的冷却，同时也防止了低温下真空室内部组件的起雾问题。真空室两端分别设有对激光波长高透的第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2，第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2镀有1800nm～2500nm的高透模以保证激光谐振腔足够的增益。激光输入镜7和激光输出镜8共同组成平凹腔型的激光谐振腔，二腔镜处于真空室外侧，谐振腔腔长为100mm，即激光输入镜7和激光输出镜8之间的距离。激光输入镜7对800nm波段镀增透膜、对1800～2500nm波段镀全反膜，激光输出镜8对1800～2500nm波段透过率为5％。通过谐振腔控制和温度调节最终实现波长为2000nm和2119nm激光的同步输出。
低温运行下Tm,Ho:YAP激光器为三能级系统，其能级跃迁过程如图2所示。Tm、Ho共掺系统中，Tm3+充当敏华离子作用，其基态5H6能级上的粒子吸收792nm的泵浦光后跃迁至激发态3H4能级上，随后通过快速横向驰豫过程(CR)返回到3F4能级。每当有一个Tm3+离子被泵浦光从5H6能级激发到3H4能级，就会有两个Tm3+离子通过横向驰豫过程跃迁到3F4能级上，若忽略量子亏损，则泵浦光对Tm3+离子的泵浦效率最大为2。Tm3+的3F4能级与Ho3+的5I7能级之间能量极其接近，当Tm3+的3F4能级粒子数急剧增加后，Tm3+与Ho3+之间将会发生能量传递转移过程
Figure BDA0002782479690000042
使得Ho3+激发态5I7能级上的粒子数不断增加。随着Ho3+的5I7能级上粒子数的不断增加，Tm3+与Ho3+之间将继续发生能量传递上转换过程(ETU:3F4+5I7→3H6+5I5)。当Ho3+激发态5I7能级和基态5I8能级之间形成粒子数反转后，可通过受激辐射跃迁过程最终获得2微米波段的激光输出。
由图2可知，Tm,Ho:YAP激光器中Ho3+离子的基态和激发态存在着斯塔克能级分裂，并且斯塔克精细能级上的粒子数服从玻尔兹曼分布，其玻尔兹曼占有因子可表示为：
Figure BDA0002782479690000041
其中，gi和gm为斯塔克能级的简并度，Ei和Em为斯塔克能级与同一多重态最低斯塔克能寄件的能量差，kb为玻尔兹曼常数，T为温度。从整个Tm,Ho:YAP激光器的粒子跃迁过程可以看出体系中存在着基态重吸收过程，该过程会导致激光输出阈值的增加，因此本具体实施方式采用低温恒温器对激光晶体进行超低温冷却，从而抑制基态重吸收的产生和阈值的增加。
本具体实施方式的有益效果是：
本具体实施方式基于Tm,Ho:YAP晶体的光学特性，开发了一套超低温双波长直腔激光器，可实现2000nm和2119nm双波段连续激光的同步稳定输出，输出功率均方根误差在0.10W～0.15W内。控制激光晶体处于44K最优温度下，在30W注入泵浦功率时，激光最大输出总功率达到11W，双波长的功率比可控制到近1:1输出。双波长输出线宽分别1.28nm和1.29nm。解决了现有非线性频率变换一般对于泵浦光的转换效率较低，无法实现双波长的等功率同步输出，且输出的两个激光波长值相差较大的问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的输出光纤芯径为400μm；所述的输出光纤数值孔径为0.2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的第一透镜5及第二透镜6均为焦距为70mm的平凸透镜。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的第一透镜5及第二透镜6均镀有对770nm～850nm的高透膜。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的激光晶体9的尺寸为4mm×4mm×10mm。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的激光晶体9两端均镀有770nm～850nm和1800nm～2500nm两个波段的高透膜。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的激光输入镜7和激光输出镜8之间的距离为100mm。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的低温恒温器3的顶端冷头与压缩机2通过紫铜软管相连接，低温恒温器3的底部真空室与分子泵1通过耐高压抽气管相连接。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的低温恒温器3控精度＜0.1K。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的激光器4输出功率＞10W。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于它由低温恒温器3、激光器4、第一透镜5、第二透镜6、激光输入镜7、激光输出镜8、激光晶体9、第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2组成；
其中激光输入镜7和激光输出镜8组成平凹腔型的激光谐振腔，所述的激光输入镜7镀有对800nm波段的增透膜及对1800nm～2500nm波段的全反膜，所述的激光输出镜8镀有对1800nm～2500nm波段透过率为5％的部分反射膜；
所述的激光晶体9为Tm,Ho:YAP晶体，且由铟箔包裹后安装在紫铜热沉中，激光晶体9和紫铜热沉置于低温恒温器3的底部真空室内，使得激光晶体9处于真空及温度为4K～200K的环境中；所述的真空室两端分别设有第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2，且第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2均镀有对1800nm～2500nm波段的高透膜；
激光器4产生波长为795nm的泵浦光并经过输出光纤耦合输出，波长为795nm的泵浦光入射至第一透镜5上，经第一透镜5准直后依次经过第二透镜6、激光输入镜7及第一恒温器窗口镜10-1，然后入射至激光晶体9的中心处，再依次经过第二恒温器窗口镜10-2及激光输出镜8，由激光输出镜8同步输出波长为2000nm和2119nm激光。
所述的输出光纤芯径为400μm；所述的输出光纤数值孔径为0.2。
所述的第一透镜5及第二透镜6均为焦距为70mm的平凸透镜。
所述的第一透镜5及第二透镜6均镀有对770nm～850nm的高透膜。
所述的第二透镜6为焦距为70mm的平凸透镜。
所述的激光晶体9的尺寸为4mm×4mm×10mm。
所述的激光晶体9两端均镀有770nm～850nm和1800nm～2500nm两个波段的高透膜。
所述的激光输入镜7和激光输出镜8之间的距离为100mm。
所述的低温恒温器3的顶端冷头与压缩机2通过紫铜软管相连接，低温恒温器3的底部真空室与分子泵1通过耐高压抽气管相连接。
所述的低温恒温器3控精度＜0.1K。
所述的激光器4输出功率为30W。
本实施例采用Tm,Ho:YAP激光晶体作为增益介质，根据激光器的温度调谐特性，确定了可实现双波长输出的特征温度点44K。所述的激光输入镜7镀有对800nm波段的增透膜及对1800nm～2500nm波段的全反膜，所述的激光输出镜8镀有对1800nm～2500nm波段透过率为5％的部分反射膜，第一恒温器窗口镜10-1及第二恒温器窗口镜10-2均镀有对1800nm～2500nm波段的高透膜，控制泵浦源等特征参量，控制泵浦光中心波长795nm，输出光纤芯径为400μm，数值孔径为0.2。最终获得2000nm和2119nm双波段连续激光的同步稳定输出，输出总功率为10.8W。
图3为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器超低温双波长输出结果图；由图可知，激光器获得了2000.4nm和2119.5nm的双波长同步输出，且输出功率比近1:1。
图4为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2000nm波长分量的光束质量分析图；图5为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2000nm波长分量的横向高斯光强分布图；由图可知，2000nm分量为基模高斯光束输出，光束质量较为理想。
图6为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2119nm波长分量的光束质量分析图；图7为实施例一基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器输出的双波长中2119nm波长分量的横向高斯光强分布图。由图可知，2119nm分量为基模高斯光束输出，光束质量较为理想。
表1实施例一双波长激光线宽及功率稳定性特征
Figure BDA0002782479690000071
对本实施例的基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器进行多次重复试验，输出波长、功率及其稳定性特征数据详见表1。双波长的峰值中心分别为2000.47nm和2119.52nm，波长稳定性分别可以达到0.111nm和0.055nm(均方根RMS值)。2000nm分量和2119nm分量的激光输出线宽(FWHM值，Full Width at Half Maximum)分别为1.28nm和1.29nm，线宽稳定性可以达到0.083nm和0.069nm。双波长输出的功率比接近1:1(5.20W和5.58W)，且功率均能够实现稳定输出，其均方差值分别为0.141W和0.114W。同时如图4～7所示，双波长激光分量均能实现很好的光束质量，2000nm分量和2119nm分量的光束质量M2因子分别达到1.12和1.18，为双波长激光器在多个领域内的应用奠定了良好基础。

Claims (10)

1.一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于它由低温恒温器(3)、激光器(4)、第一透镜(5)、第二透镜(6)、激光输入镜(7)、激光输出镜(8)、激光晶体(9)、第一恒温器窗口镜(10-1)及第二恒温器窗口镜(10-2)组成；
其中激光输入镜(7)和激光输出镜(8)组成平凹腔型的激光谐振腔，所述的激光输入镜(7)镀有对800nm波段的增透膜及对1800nm～2500nm波段的全反膜，所述的激光输出镜(8)镀有对1800nm～2500nm波段透过率为5％的部分反射膜；
所述的激光晶体(9)为Tm,Ho:YAP晶体，且由铟箔包裹后安装在紫铜热沉中，激光晶体(9)和紫铜热沉置于低温恒温器(3)的底部真空室内，使得激光晶体(9)处于真空及温度为4K～200K的环境中；所述的真空室两端分别设有第一恒温器窗口镜(10-1)及第二恒温器窗口镜(10-2)，且第一恒温器窗口镜(10-1)及第二恒温器窗口镜(10-2)均镀有对1800nm～2500nm波段的高透膜；
激光器(4)产生波长为795nm的泵浦光并经过输出光纤耦合输出，波长为795nm的泵浦光入射至第一透镜(5)上，经第一透镜(5)准直后依次经过第二透镜(6)、激光输入镜(7)及第一恒温器窗口镜(10-1)，然后入射至激光晶体(9)的中心处，再依次经过第二恒温器窗口镜(10-2)及激光输出镜(8)，由激光输出镜(8)同步输出波长为2000nm和2119nm激光。
2.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的输出光纤芯径为400μm；所述的输出光纤数值孔径为0.2。
3.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的第一透镜(5)及第二透镜(6)均为焦距为70mm的平凸透镜。
4.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的第一透镜(5)及第二透镜(6)均镀有对770nm～850nm的高透膜。
5.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的激光晶体(9)的尺寸为4mm×4mm×10mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的激光晶体(9)两端均镀有770nm～850nm和1800nm～2500nm两个波段的高透膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的激光输入镜(7)和激光输出镜(8)之间的距离为100mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的低温恒温器(3)的顶端冷头与压缩机(2)通过紫铜软管相连接，低温恒温器(3)的底部真空室与分子泵(1)通过耐高压抽气管相连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的低温恒温器(3)控精度＜0.1K。
10.根据权利要求1所述的一种基于超低温粒子数调控机制的双波长中红外激光器，其特征在于所述的激光器(4)输出功率＞10W。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113314927A (zh) * 2021-04-27 2021-08-27 中国科学院理化技术研究所 一种激光装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010026654A1 (en) * 2000-03-01 2001-10-04 Tadashi Kasamatsu Optical fiber amplifier that can attain sufficient gain shift effect, small noise property and high operation efficiency at the same time even in two-wavelength excitation Tm dopant optical fiber amplifier, and optical amplifier having the same
US20050286603A1 (en) * 2003-02-03 2005-12-29 Bae Systems Information And Electronics Systems Integration Inc. Thulium laser pumped mid-ir source with broadbanded output
CN103779775A (zh) * 2013-12-27 2014-05-07 中国科学院理化技术研究所 铥钬双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法
CN106129800A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 天水师范学院 一种基于单泵浦或双泵浦的双波长可调激光器
CN110468452A (zh) * 2019-09-11 2019-11-19 中国科学院合肥物质科学研究院 一种中红外铥钬共掺倍半氧化物激光单晶光纤及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010026654A1 (en) * 2000-03-01 2001-10-04 Tadashi Kasamatsu Optical fiber amplifier that can attain sufficient gain shift effect, small noise property and high operation efficiency at the same time even in two-wavelength excitation Tm dopant optical fiber amplifier, and optical amplifier having the same
US20050286603A1 (en) * 2003-02-03 2005-12-29 Bae Systems Information And Electronics Systems Integration Inc. Thulium laser pumped mid-ir source with broadbanded output
CN103779775A (zh) * 2013-12-27 2014-05-07 中国科学院理化技术研究所 铥钬双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法
CN106129800A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 天水师范学院 一种基于单泵浦或双泵浦的双波长可调激光器
CN110468452A (zh) * 2019-09-11 2019-11-19 中国科学院合肥物质科学研究院 一种中红外铥钬共掺倍半氧化物激光单晶光纤及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEIBEI WANG ET AL.: "Dual-wavelength mid-infrared CW and Q-switched laser in diode end-pumped Tm,Ho:GdYTaO4 crystal", 《LASER PHYSICS LETTERS》 *
WEI SUN ET AL.: "High power and beam quality of a C-cut Tm, Ho: YAP laser pumped by two laser diodes", 《2016 15TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATIONS AND NETWORKS (ICOCN)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113314927A (zh) * 2021-04-27 2021-08-27 中国科学院理化技术研究所 一种激光装置

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