CN112993730A - 基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法 - Google Patents

基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法 Download PDF

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Abstract

本公开公开了一种基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法，所述基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源包括：抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、Er:YAG薄片、全反镜、输出镜，其中：所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、Er:YAG薄片和全反镜依次从左至右放置；所述输出镜与所述45°分光反射镜的位置相对应，使得所述45°分光反射镜能够将入射光反射至所述输出镜输出；所述全反镜、Er:YAG薄片、Er:YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述抽运源的光路方向依次顺序排列；所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、全反镜和输出镜构成1617nm激光谐振腔。

Description

基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出 方法
技术领域
本公开涉及固体激光器领域，尤其涉及一种基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法。
背景技术
中红外光参量振荡器在光谱分析、激光雷达、光电对抗等领域有着巨大的研究价值，其传统泵浦源为1.06μm。但由于传统1.06μm泵浦的中红外光参量振荡器与1.6μm泵浦源相比量子亏损较大，故1.6μm是中红外光参量振荡器更为理想的泵浦源，同时双波长激光的可控输出在军用、民用、倍频和和频等领域具有重要的应用。现有实现双波长输出的技术有如下方案，一是双波长激光输出可通过谐振腔镀膜靠谐振腔抑制，使得双波长激光损耗大幅近似，以达到双波长的输出，但此种方法当腔内损耗确定时，无法再改变所需输出激光的波长，操作繁琐，难以简单快捷实现输出所需的双波长激光。二是采用VBG体光栅可得到1.6μm双波长输出，通过调节腔中激光束在VBG上的入射角，使用体积布拉格光栅控制激光在1617nm处振荡。此种方法需通过非常精细地调节VBG角度，使发射波长在激光器谐振腔中振荡，才能获得激光系统的所需波长输出，并且VBG 价格昂贵。三是在谐振腔中插入腔中的法白片波长选择元件来产生特定波长的激光发射，与利用VBG体光栅技术类似，都需要精细调节，以获得所需波长输出。由于1617nm和1645nm存在28nm的差别，利用fp片必须选用空气隙发发白标准具，价格非常昂贵。因此，目前缺乏操作简单、成本低廉、能够快速实现1645nm和1617nm可选择输出的激光器技术方案。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本公开提出一种基于 Er:YAG薄片的中红外光参量振荡器双波长泵浦源及其输出方法。
根据本公开的一方面，提出一种基于Er:YAG薄片的中红外光参量振荡器双波长泵浦源，所述基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源包括：抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、 Er:YAG薄片、全反镜、输出镜，其中：
所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、Er:YAG 薄片和全反镜依次从左至右放置；
所述输出镜与所述45°分光反射镜的位置相对应，使得所述45°分光反射镜能够将入射光反射至所述输出镜输出；
所述全反镜、Er:YAG薄片、Er:YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述抽运源的光路方向依次顺序排列；
所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、全反镜和输出镜构成1617nm 激光谐振腔；
所述Er：YAG晶体棒为低掺杂的Er：YAG晶体；
所述Er：YAG薄片为掺杂浓度较高的Er：YAG晶体，用于产生1645nm 激光。
可选地，所述抽运源为1.5μm纵向抽运激光器，其输出波长与Er:YAG 晶体吸收峰对应，以实现Er:YAG晶体的粒子数反转。
可选地，所述聚焦耦合系统由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述抽运源发出的光进行准直聚焦。
可选地，所述聚焦耦合系统包括30mm焦距的平凸透镜和200mm焦距的透镜，所述抽运源发出的光束先由30mm焦距的平凸透镜准直，再由 200mm焦距的透镜经所述45°分光反射镜聚焦到Er:YAG晶体棒上。
可选地，所述45°分光反射镜为在1.5μm处具有高透射率，在1.6μm处具有高反射率的平面镜。
可选地，所述全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜。
可选地，所述输出镜是具有1.6μm波段部分透过率为10％或20％、强增益激光部分透过的平面镜。
根据本公开的另一方面，还提出一种1.6μm双波长激光可控输出方法，应用于上述泵浦源中，所述方法包括以下步骤：
启动抽运源，生成的激光依次沿聚焦耦合系统、45°分光反射镜、 Er:YAG晶体棒、全反镜传输；
共振抽运Er:YAG晶体，激光在全反镜和输出镜之间形成的激光腔中振荡；
将Er：YAG薄片置于谐振腔，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光；
将Er：YAG薄片移出谐振腔外，此时1617nm谐振腔损耗降低，并利用Er：YAG晶体棒在1617nm增益大的特点，输出1617nm激光。
本公开提出了一种基于Er:YAG薄片的中红外光参量振荡器双波长泵浦源及其输出方法，本公开方案中采用Er:YAG晶体棒、Er:YAG薄片，实现了1.6μm双波长主动可控输出，使得1617nm和1645nm激光波长的选择更为方便，大幅度减小了激光器体积，有利于提高激光器的便携性，从而拓宽了激光器的适用性。
附图说明
图1是根据本公开一实施例的基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源的结构示意图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开实施例中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开实施例。
图1是根据本公开一实施例的基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源的结构示意图，如图1所示，所述基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源包括：抽运源1、聚焦耦合系统2、45°分光反射镜3、Er:YAG晶体棒4、Er:YAG薄片5、全反镜6、输出镜7，其中：
所述抽运源1、聚焦耦合系统2、45°分光反射镜3、Er:YAG晶体棒 4、Er:YAG薄片5和全反镜6依次从左至右放置；
所述输出镜7与所述45°分光反射镜3的位置相对应，使得所述45°分光反射镜3能够将入射光反射至所述输出镜7输出；
所述全反镜6、Er:YAG薄片5、Er:YAG晶体棒4、45°分光反射镜3 和输出镜7构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述抽运源1的光路方向依次顺序排列。
其中，所述45°分光反射镜3、Er:YAG晶体棒4、全反镜6和输出镜 7构成1617nm激光谐振腔。
本公开一实施方式中，所述抽运源1为1.5μm纵向抽运激光器，其输出波长与Er:YAG晶体吸收峰对应，以实现Er:YAG晶体的粒子数反转。所述抽运源1中的有源光纤通过二极管激光源抽运。
本公开一实施方式中，所述聚焦耦合系统2由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述抽运源1发出的光进行准直聚焦。其中，所述聚焦耦合系统2包括30mm焦距的平凸透镜和200mm焦距的透镜，所述抽运源1发出的光束先由30mm焦距的平凸透镜准直，再由200mm焦距的透镜经所述45°分光反射镜3聚焦到Er:YAG晶体棒4上。
本公开一实施方式中，所述45°分光反射镜3为在1.5μm处具有高透射率，在1.6μm处具有高反射率的平面镜。
本公开一实施方式中，所述Er：YAG晶体棒4为低掺杂的Er：YAG 晶体，可作为增益介质，能够进一步抑制能量上转换和自吸收带来的损耗。其中，所述Er：YAG晶体棒4的掺杂浓度比如可以为0.2～1％。
本公开一实施方式中，所述Er：YAG薄片5为掺杂浓度较高的Er： YAG晶体，比如掺杂浓度可以为1％-10％，用于产生1645nm激光，需要注意的是，所述Er：YAG薄片5越薄，其掺杂浓度就可以设置得越高，因此，本领域技术人员可根据实际应用的需要以及所述Er：YAG薄片5 的特点来确定Er：YAG薄片5的掺杂浓度。所述Er:YAG薄片5作为波长选择器件，与以往常规FP片，FBG选择原理不同，是利用波长不同吸收系数实现的。
本公开一实施方式中，所述Er:YAG晶体棒4、Er:YAG薄片5作为增益介质，可以实现能量上转换和自吸收带来的损耗，共振抽运Er:YAG晶体4，激光在全反镜6和输出镜7之间形成的激光腔中振荡，当Er:YAG 薄片5移入谐振腔内，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm 激光，当Er:YAG薄片5移出谐振腔外，此时1617nm谐振腔损耗降低，并利用Er:YAG晶体棒4在1617nm增益大的特点，输出1617nm激光。
本公开一实施方式中，所述全反镜6是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有反射的作用。所述全反镜6是一个具有强增益激光部分透过和弱增益激光高反特性的镜片，或者具有强谱线激光部分透过和弱谱线激光高反特性的镜片。
本公开一实施方式中，所述输出镜7是具有1.6μm波段部分透过率为 10％或20％、强增益激光部分透过的平面镜，用于1.6μm不同波长激光，比如1645nm、1617nm激光的耦合输出。
本公开一实施方式中，所述抽运源1产生的抽运光经过聚焦耦合系统 2照射到工作物质所述Er:YAG晶体棒4和Er:YAG薄片5上，从而产生粒子数反转。
本公开一实施方案中，所述抽运源1激光输出方向依次是聚焦耦合系统2，45°分光反射镜3，Er:YAG晶体棒4，全反镜6，此时共振抽运Er: YAG晶体4，激光在全反镜6和输出镜7之间形成的激光腔中振荡，当需要输出1645nm激光时，将Er：YAG薄片5移入谐振腔内，此时1617nm 大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光。当需要输出1617nm激光时，将Er：YAG薄片5移出谐振腔外，此时1617nm谐振腔损耗降低，并利用 Er：YAG晶体棒4在1617nm增益大的特点，输出1617nm激光。
根据本公开的另一方面，还提出一种1.6μm双波长激光可控输出方法，应用于如上所述的泵浦源中，所述方法包括以下步骤：
启动抽运源，生成的激光依次沿聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、全反镜传输；
共振抽运Er:YAG晶体，激光在全反镜和输出镜之间形成的激光腔中振荡；
将Er：YAG薄片置于谐振腔，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光；
将Er：YAG薄片移出谐振腔外，此时1617nm谐振腔损耗降低，并利用Er：YAG晶体棒在1617nm增益大的特点，输出1617nm激光。
本公开提出了一种基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法，本公开方案中采用Er:YAG晶体棒、Er:YAG薄片，实现了 1.6μm双波长主动可控输出，使得1617nm和1645nm激光波长的选择更为方便，大幅度减小了激光器体积，有利于提高激光器的便携性，从而拓宽了激光器的适用性。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Er：YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源，其特征在于，所述基于Er：YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源包括：抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er：YAG晶体棒、Er：YAG薄片、全反镜、输出镜，其中：
所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er：YAG晶体棒、Er：YAG薄片和全反镜依次从左至右放置；
所述输出镜与所述45°分光反射镜的位置相对应，使得所述45°分光反射镜能够将入射光反射至所述输出镜输出；
所述全反镜、Er：YAG薄片、Er：YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述抽运源的光路方向依次顺序排列；
所述45°分光反射镜、Er：YAG晶体棒、全反镜和输出镜构成1617nm激光谐振腔；
所述Er：YAG晶体棒为低掺杂的Er：YAG晶体；
所述Er：YAG薄片为掺杂浓度较高的Er：YAG晶体，用于产生1645nm激光。
2.根据权利要求1所述的泵浦源，其特征在于，所述抽运源为1.5μm纵向抽运激光器，其输出波长与Er：YAG晶体吸收峰对应，以实现Er：YAG晶体的粒子数反转。
3.根据权利要求1或2所述的泵浦源，其特征在于，所述聚焦耦合系统由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述抽运源发出的光进行准直聚焦。
4.根据权利要求1-3任一所述的泵浦源，其特征在于，所述聚焦耦合系统包括30mm焦距的平凸透镜和200mm焦距的透镜，所述抽运源发出的光束先由30mm焦距的平凸透镜准直，再由200mm焦距的透镜经所述45°分光反射镜聚焦到Er：YAG晶体棒上。
5.根据权利要求1-4任一所述的泵浦源，其特征在于，所述45°分光反射镜为在1.5μm处具有高透射率，在1.6μm处具有高反射率的平面镜。
6.根据权利要求1-5任一所述的泵浦源，其特征在于，所述全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜。
7.根据权利要求1-6任一所述的泵浦源，其特征在于，所述输出镜是具有1.6μm波段部分透过率为10％或20％、强增益激光部分透过的平面镜。
8.一种1.6μm双波长激光可控输出方法，应用于权利要求1-7任一所述的泵浦源中，所述方法包括以下步骤：
启动抽运源，生成的激光依次沿聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er：YAG晶体棒、全反镜传输；
共振抽运Er：YAG晶体，激光在全反镜和输出镜之间形成的激光腔中振荡；
将Er：YAG薄片置于谐振腔，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光；
将Er：YAG薄片移出谐振腔外，此时1617nm谐振腔损耗降低，并利用Er：YAG晶体棒在1617nm增益大的特点，输出1617nm激光。
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