CN117317792B - 一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，包括泵浦源、掺Tm晶体和谐振腔；泵浦源的波长范围为785‑793nm，掺Tm晶体中Tm离子的浓度为1.5‑3%,掺Tm晶体设置在谐振腔内，谐振腔内进行1.45~1.5μm全反射镀膜；泵浦源发射的泵浦光入射至掺Tm晶体内，掺Tm晶体用于实现粒子数反转和光的受激发射，泵浦光在掺Tm晶体内产生与泵浦源波长相同的辅助泵浦，谐振腔内的全反射镀膜对基态泵浦产生3H4→3H5能级跃迁进行封闭，调控诱导产生高能量激发态3F4再吸收辅助泵浦过程，提升3H4→3H5能级跃迁几率，最终输出2.1~2.3μm波段的激光。本发明可以确定双频率梳的输出波长，是一种处于近红外波段的频率梳，为中红外激光器的发展提供了另一种新方向。
Description
技术领域
本发明涉及中红外激光技术领域，具体涉及一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器。
背景技术
中红外波段的2μm固体激光器的输出波长处在大气窗口、水的吸收带和人眼安全区，所以其在激光医疗，激光远程遥感、激光雷达、光电对抗与环境监测，军事等诸多领域有着广泛应用，近年来，随着激光技术和晶体生长工艺的发展以及对高功率、高效率、高光束质量2μm波段固体激光器的需求，越来越多的国内外研究机构对其进行了研究，使得2μm固体激光器得到了长期的发展。利用由二极管泵浦的Tm激光器是实现常温下高功率、高光束质量、高效率的2μm波段连续有效输出的途径之一，也是近年来研究的热点;
然而现有技术中的中红外激光器的发展方向有限，很难实现更符合大气窗口空间激光通信需求的2.1~2.3μm长波调控输出，且光束质量仍需进一步优化。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器。
一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，包括：泵浦源、掺Tm晶体和谐振腔；所述泵浦源的波长范围为785-793nm，掺Tm晶体中Tm离子的浓度为1.5-3%,所述掺Tm晶体设置在谐振腔内，谐振腔内进行1.45~1.5μm全反射镀膜；
所述泵浦源发射的泵浦光入射至掺Tm晶体内，掺Tm晶体用于实现粒子数反转和光的受激发射，泵浦光在掺Tm晶体内产生与泵浦源波长相同的辅助泵浦，谐振腔内的全反射镀膜对基态泵浦产生3H4→3H5能级跃迁进行封闭，调控诱导产生高能量激发态3F4再吸收辅助泵浦过程，提升3H4→3H5能级跃迁几率，最终输出2.1~2.3μm波段的激光。
进一步，所述谐振腔包括全反镜和输出镜，所述掺Tm晶体设置在全反镜和输出镜之间，泵浦源发射的泵浦光经全反镜进入谐振腔内，产生的2.1~2.3μm波段的激光经输出镜输出。
进一步，所述掺Tm晶体为Tm:YAG、Tm:YAP或Tm:YLF中的一种。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明的技术方案采用混合泵浦光，并将掺Tm晶体中Tm离子的浓度进一步确定，抑制多声子弛豫，提升高能级转换几率，同时对谐振腔镜进行全反射镀膜，基态泵浦产生3H4→3F4能级跃迁进行封闭调控，诱导产生高能量激发态3F4再吸收混合泵浦过程，最终显著提升3H4→3H5能级跃迁几率，可以确定双频率梳的输出波长，是一种处于近红外波段的频率梳，实现2.1~2.3μm长波调控输出，为中红外激光器的发展提供了另一种新方向。
2.本发明提供的技术方案中的谐振腔为多程振荡的腔型，可以对光束质量进行优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明中红外激光器的结构示意图；
图2为Tm:YLF晶体的吸收发射谱线和掺Tm激光介质的能级跃迁结构对应关系图；
图3为基态诱导激发态再吸收辅助泵浦构型示意图。
附图标记说明：
1-泵浦源；2-全反镜；3-掺Tm晶体；
4-输出镜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1，一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，包括：泵浦源1、掺Tm晶体3和谐振腔；所述泵浦源1的波长范围为785-793nm（即所选用泵浦源1的中心波长为790nm），掺Tm晶体3中Tm离子的浓度为1.5-3%,所述掺Tm晶体3设置在谐振腔内，谐振腔内进行1.45~1.5μm全反射镀膜；所镀制膜系的作用为对GSA泵浦光、ESA泵浦光具有高透射率，使其具有高反射率。
所述泵浦源1发射的泵浦光入射至掺Tm晶体3内，掺Tm晶体3用于实现粒子数反转和光的受激发射，泵浦光在掺Tm晶体3内产生与泵浦源1波长相同的辅助泵浦，谐振腔内的全反射镀膜对基态泵浦产生3H4→3H5能级跃迁进行封闭，调控诱导产生高能量激发态3F4再吸收辅助泵浦过程，提升3H4→3H5能级跃迁几率，最终输出2.1~2.3μm波段的激光。
稀土离子Tm3+可掺入YLF、YAP、YAG等基质材料中，由于Stark能级劈裂效应的存在使不同基质材料下的激光特性有所不同，但其能级结构运转过程属于同种构型，图2为以Tm:YLF晶体为例的吸收发射谱线和掺Tm激光介质的能级跃迁结构对应关系图，由此可以看出常规掺Tm大都采用785-793nm附近波段进行基态泵浦，粒子由3H6跃迁至3H4能级，由此粒子向低能级跃迁时在3H4→3H5(2.1~2.3μm)、3H4→3F4(1.45~1.5μm)、3F4→3H6(1.9~2.1μm)能级之间均有几率产生激光激发，但是在晶体多声子弛豫效应下，在Tm3+低掺杂浓度时能级上转换弱，形成能级自终止效应，难以形成激光激发。
基于此本发明提出基态诱导激发态再吸收辅助泵浦构想，基态诱导激发态再吸收辅助泵浦构型示意图如图3所示，本发明深入分析掺Tm晶体的多声子弛豫过程，研究不同掺杂基质高能级跃迁激发谱线，建立基态诱导激发态辅助泵浦掺Tm激光运转动力学模型。定量分析基态泵浦波长及速率、晶体激活离子掺杂、谐振腔膜系参数下激发增益特性，确定不同掺Tm增益介质2μm宽谱覆盖增益调控动态范围，为实现更符合大气窗口空间激光通信需求的2.1~2.3μm长波调控输出提供理论依据。
本实施例中，所述谐振腔包括全反镜2和输出镜4，所述掺Tm晶体3设置在全反镜2和输出镜4之间，泵浦源1发射的泵浦光经全反镜2进入谐振腔内，产生的2.1~2.3μm波段的激光经输出镜4输出。
本实施例中，所述掺Tm晶体3为Tm:YAG、Tm:YAP或Tm:YLF中的一种。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，其特征在于，包括：泵浦源（1）、掺Tm晶体（3）和谐振腔；所述泵浦源（1）的波长范围为785-793nm，掺Tm晶体（3）中Tm离子的浓度为1.5-3%,所述掺Tm晶体（3）设置在谐振腔内，谐振腔内进行1.45~1.5μm全反射镀膜；
所述泵浦源（1）发射的泵浦光入射至掺Tm晶体（3）内，掺Tm晶体（3）用于实现粒子数反转和光的受激发射，泵浦光在掺Tm晶体（3）内产生与泵浦源（1）波长相同的辅助泵浦，谐振腔内的全反射镀膜对基态泵浦产生3H4→3H5能级跃迁进行封闭，调控诱导产生高能量激发态3F4再吸收辅助泵浦过程，提升3H4→3H5能级跃迁几率，最终输出2.1~2.3μm波段的激光。
2.根据权利要求1所述的基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，其特征在于，所述谐振腔包括全反镜（2）和输出镜（4），所述掺Tm晶体（3）设置在全反镜（2）和输出镜（4）之间，泵浦源（1）发射的泵浦光经全反镜（2）进入谐振腔内，产生的2.1~2.3μm波段的激光经输出镜（4）输出。
3.根据权利要求1所述的基态诱导激发态混合泵浦中红外激光器，其特征在于，所述掺Tm晶体（3）为Tm:YAG、Tm:YAP或Tm:YLF中的一种。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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