CN112993733B - 一种基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了一种基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源，所述基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源包括：抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜和输出镜，其中：所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振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、偏振片、Er:YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述激光器光路方向依次顺序排列；所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜、输出镜及输入的控制光构成1617nm激光输出谐振腔。

Description

一种基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源
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中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源。
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，波长为1.06μm和1.6μm的泵浦源均可为中红外光参量振荡器提供泵浦能量。但由于传统1.06μm泵浦的中红外光参量振荡器量子亏损与1.6μm泵浦源量子亏损较大，因此，1.6μm更适合为中红外光参量振荡器进行泵浦，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法白标准具，价格非常昂贵。因此，目前缺乏既操作简单、成本低廉又可快速实现1645nm和1617nm可选择输出的泵浦源技术方案。
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中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源。
根据本公开的一方面，提出一种基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源，所述基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源包括：
抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜和输出镜，其中：
所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振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、偏振片、Er:YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，且沿着所述抽运源光路方向依次顺序排列；
所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜、输出镜及输入的控制光构成1617nm激光输出谐振腔。
可选地，所述抽运源为1.5μm纵向抽运源，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Er:YAG晶体棒为低掺杂的Er：YAG晶体。
可选地，所述偏振片表面镀有P光高透膜和S光高反膜，与光轴以布儒斯特角或以45度角放置。
可选地，所述全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜。
可选地，所述输出镜具有强增益激光部分透过的特点。
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、偏振片，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；
当需要输出1645nm激光时，控制无外界控制光入射，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光；
当需要输出1645nm激光时，控制外界控制光入射，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中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源，本公开方案中采用Er:YAG晶体棒、外界控制光的入射与否，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，大幅度减小了泵浦源体积，有利于提高泵浦源的便携性，从而拓宽了泵浦源的适用性。本公开方案还不用增加繁琐的器件及实验步骤，只需通过控制光的入射与否即可实现双波长的输出，从而大幅度减小了泵浦源体积，有利于提高泵浦源的便携性，拓宽了泵浦源的适用性。
附图说明
图1是根据本公开一实施例的基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源的结构示意图。
图2是根据本公开一实施例的Er:YAG晶体发射1.6μm激光能级简图。
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中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源的结构示意图，如图1所示，所述泵浦源包括：抽运源1、聚焦耦合系统2、45°分光反射镜3、Er:YAG晶体棒4、偏振片5、全反镜6和输出镜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、偏振片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、偏振片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，且沿着所述抽运源光路方向依次顺序排列；
所述45°分光反射镜3、Er:YAG晶体棒4、偏振片5、全反镜6、输出镜7及输入的控制光构成1617nm激光输出谐振腔。
本公开一实施方式中，所述抽运源1为1.5μm纵向抽运源，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中的有源光纤被二极管激光源抽运。
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，共振抽运Er:YAG晶体4时，Er:YAG晶体4的能级结构如图2所示，此时激光在全反镜6和输出镜7之间形成的激光腔中振荡，当无外界控制光入射时，谐振腔内1617nm的损耗大于1645nm的损耗，因此输出1645nm激光；当外界控制光入射时，控制光沿垂直于抽运光方向输入所述偏振片5后形成线偏振光，所述线偏振光依次进入所述Er:YAG晶体棒4、45度分光反射镜3，此时谐振腔内1617nm的损耗降低，并利用Er：YAG晶体棒4在1617nm增益大的特点，因此输出1617nm激光。
本公开一实施方式中，所述偏振片5表面镀有P光高透膜和S光高反膜，与光轴以布儒斯特角或以45度角放置。
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具有强增益激光部分透过的特点，比如是具有1.6μm波段部分透过率为10％或20％的平面镜，用于1.6μm不同波长激光，比如1645nm和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Er:YAG晶体棒4和偏振片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，共振抽运足够长的Er:YAG晶体，在无外界控制光入射的条件下，此时1617nm的增益和晶体的吸收损耗均大于1645nm的谐振腔损耗，因此输出1645nm激光。当需要输出1645nm激光时，控制外界控制光入射，此时Er:YAG晶体棒4内基态粒子跃迁，使得基态粒子数变少，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、偏振片，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；
当需要输出1645nm激光时，控制无外界控制光入射，此时1617nm大于1645nm谐振腔损耗，输出1645nm激光；
当需要输出1645nm激光时，控制外界控制光入射，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中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源，本公开方案中采用Er:YAG晶体棒、外界控制光的入射与否，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，从而大幅度减小了泵浦源体积，有利于提高泵浦源的便携性，拓宽了泵浦源的适用性。
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 (10)

1.一种基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源，其特征在于，所述基于Er:YAG中红外光参量振荡器光控波长选择泵浦源包括：
抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜和输出镜，其中：
所述抽运源、聚焦耦合系统、45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振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、偏振片、Er:YAG晶体棒、45°分光反射镜和输出镜构成1645nm激光谐振腔，其中，所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片和全反镜沿着所述抽运源光路方向依次顺序排列；
所述45°分光反射镜、Er:YAG晶体棒、偏振片、全反镜及输出镜构成1617nm激光输出谐振腔；
当需要输出1645nm激光时，控制无外界控制光入射，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，控制外界控制光入射，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。
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纵向抽运源，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或2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或2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或2所述的泵浦源，其特征在于，所述Er:YAG晶体棒为低掺杂的Er：YAG晶体。
7.根据权利要求1或2所述的泵浦源，其特征在于，所述偏振片表面镀有P光高透膜和S光高反膜，与光轴以布儒斯特角或以45度角放置。
8.根据权利要求1或2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。
9.根据权利要求1或2所述的泵浦源，其特征在于，所述输出镜具有强增益激光部分透过的特点。
10.一种1.6μm双波长激光可控输出方法，应用于权利要求1-9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、偏振片，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；
当需要输出1645nm激光时，控制无外界控制光入射，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，控制外界控制光入射，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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