CN209217426U - 小型化脉冲中红外激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开小型化脉冲中红外激光器，该小型化脉冲中红外激光器包括：激光二极管、激光晶体、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、可饱和吸收镜和非线性光学晶体；所述激光晶体为掺钕钒酸钇晶体；非线性光学晶体为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体；所述激光二极管、激光晶体、可饱和吸收镜和非线性光学晶体在同一水平面上依次设置；所述第一半导体制冷片设置于所述激光晶体的下方，所述第二半导体制冷片设置于所述非线性光学晶体的下方。本实用新型克服了现有技术中的脉冲中红外激光器输出脉冲宽、峰值功率低、转化效率不高以及光路系统复杂的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及小型化脉冲中红外激光器。
背景技术
3μm至5μm中红外激光位于大气的窗口波段，对大气的穿透性强，传输过程损耗小，在光谱分析、激光医疗、气体探测、以及军事等诸多领域都具有广泛的应用价值和前景，因此对该波段激光的研究成为目前世界上的热门课题。
产生脉冲激光的方式有两种：调Q和锁模。相比于调Q技术，锁模技术具有以下优点：一方面可以得到T瓦量级甚至更高峰值功率输出，另一方面可以获得更窄的脉宽输出。锁模技术工作方式有主动锁模、被动锁模以及自锁模。主动锁模又可分为相位调制型锁模和振幅调制型锁模，然而这两种锁模调制光波类似，存在一系列波带，而且锁模不稳定。而自锁模激光器，由于噪声脉冲达不到自锁模的自启动阈值，往往需要人工采取附加措施来启动，造成不便。被动锁模是通过在激光谐振腔内加入具有可饱和吸收特性材料制成的可饱和吸收体，利用材料本身独特的非线性光学特性产生脉冲激光输出。
目前国内外产生中红外脉冲激光输出的主要技术途径大体上分为二种： (1)采用近红外脉冲激光器输出脉冲激光通过波长变换元件后，得到中红外脉冲激光输出。这种方案的特点是结构简单、变换频率高，但输出激光线宽较宽、波长稳定性差、转化率不高。(2)利用半导体激光作为泵浦源泵浦稀土离子激活输出近红外连续激光然后经过调Q或锁模器件，再利用波长变换元件实现中红外脉冲激光。这种方案在整个光路系统结构上较为复杂，但可以得到窄脉宽高光束质量的激光输出。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种小型化脉冲中红外激光器，其克服了现有技术中的脉冲中红外激光器输出脉冲宽、峰值功率低、转化效率不高以及光路系统复杂的缺陷。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种小型化脉冲中红外激光器，该小型化脉冲中红外激光器包括：激光二极管、激光晶体、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、可饱和吸收镜和非线性光学晶体；所述激光晶体为掺钕钒酸钇晶体；非线性光学晶体为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体；所述激光二极管、激光晶体、可饱和吸收镜和非线性光学晶体在同一水平面上依次设置；所述第一半导体制冷片设置于所述激光晶体的下方，所述第二半导体制冷片设置于所述非线性光学晶体的下方。
优选地，所述激光二极管的最大输出功率为5W，且中心波长为808nm。
优选地，所述激光晶体的尺寸为3mm×3mm×2mm，Nd3+离子掺杂浓度为1％。
优选地，所述激光晶体靠近所述激光二极管的一侧镀有808nm增透且 1.064μm高反的双色膜。
优选地，所述激光晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有1.064μm增透膜。
优选地，所述可饱和吸收镜的两侧都镀有1.064nm的增透膜。
优选地，所述非线性光学晶体的长为30mm、宽为10mm且厚为1mm，其中，MgO的浓度为5％，周期为30.5μm。
优选地，所述非线性光学晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有1.064 μm的增透膜，对1.45-1.65μm和3-4μm的反射膜。
优选地，所述非线性光学晶体远离所述可饱和吸收镜的一侧镀有3-4μ m的增透膜，对1.064μm和1.45-1.65μm的反射膜。
通过上述的实施方式，本实用新型采用单壁碳纳米管制备可饱和吸收镜，具有恢复时间快(＜1ps)、饱和光强度低、工作光谱范围宽且制备方法简单、成本低、化学稳定性好的特点，可以实现ps～fs量级的超短脉冲激光输出，大大提高了输出脉冲功率和重复频率；利用连续光直接产生脉冲激光泵浦 MgO:PPLN晶体得到中红外脉冲激光输出，避免了走离效应；通过在 Nd:YVO4晶体和MgO:PPLN晶体端面镀增透或反射膜，无需任何透镜或反射镜，减少了激光器的所需元器件数量，提高了激光系统的紧凑性。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是说明本实用新型的小型化脉冲中红外激光器的结构示意图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
本实用新型提供一种小型化脉冲中红外激光器，该小型化脉冲中红外激光器包括：激光二极管、激光晶体、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、可饱和吸收镜和非线性光学晶体；所述激光晶体为掺钕钒酸钇晶体；非线性光学晶体为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体；所述激光二极管、激光晶体、可饱和吸收镜和非线性光学晶体在同一水平面上依次设置；所述第一半导体制冷片设置于所述激光晶体的下方，所述第二半导体制冷片设置于所述非线性光学晶体的下方。
近年来兴起的碳纳米材料引起了人们广泛关注，单壁碳纳米管在形成时其直径大小(1～2nm)的分布范围内缺陷少，不容易被氧化具有更高的均匀一致性。基于单壁碳纳米管制备的可饱和吸收镜具有恢复时间快(＜1ps)、工作光谱范围宽、锁模自启动且制备工艺简单、成本低、化学稳定性好等优点。
本实用新型首次采用基于单壁碳纳米管制备的可饱和吸收镜作为脉冲中红外激光器的被动锁模器件，利用连续光直接产生脉冲激光泵浦 MgO:PPLN晶体提高了转化效率，避免了走离效应，可以实现ps～fs量级的超短脉冲中红外激光输出。
如图1所示，小型化脉冲中红外激光器，包括：LD激光二极管、Nd:YVO4激光晶体、TEC1、TEC2制冷平台、可饱和吸收镜、MgO:PPLN晶体，LD激光二极管、Nd:YVO4晶体、可饱和吸收镜、PPLN晶体从左到右依次排列并且中心位置在同一水平面上。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述激光二极管的最大输出功率为5W，且中心波长为808nm。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述激光晶体的尺寸为 3mm×3mm×2mm，Nd3+离子掺杂浓度为1％。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述激光晶体靠近所述激光二极管的一侧镀有AR808nm增透且HR1.064μm高反的双色膜。
所述的TEC1制冷平台控制Nd:YVO4晶体的温度在20℃，控制精度为 0.1℃。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述激光晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有AR1.064μm增透膜。
在本实用新型的一种具体实施方式中，(碳纳米管)可饱和吸收镜的两侧都镀有1.064nm的增透膜，碳纳米管的基底材料是普通的K9玻璃。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述非线性光学晶体的长为 30mm、宽为10mm且厚为1mm，其中，MgO的浓度为5％，周期为30.5μ m。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述非线性光学晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有AR1.064μm的增透膜，对HR1.45-1.65μm和HR3-4 μm的反射膜。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述非线性光学晶体远离所述可饱和吸收镜的一侧镀有AR3-4μm的增透膜，对HR1.064μm和HR1.45-1.65 μm的反射膜。
TEC2温度控制器置于MgO:PPLN晶体下方并控制其温度，控温范围为 20℃～180℃(控制精度±0.1℃)，从而利用温度调谐获得多波长脉冲中红外激光的调谐输出。
本实用新型将单壁碳纳米管粉末加入到有机溶剂中，为了使单壁碳纳米管均匀分散可以在有机溶剂中加入一定量的聚乙烯醇(PVA)作为分散剂，然后采用超声波处理使其均匀分散，对所得到的单壁碳纳米管分散液进行离心处理；并将有机胶体加入离心后所得单壁碳纳米管上清液中，再次采用超声波处理使两者混合均匀，得到两者均匀的混合液；采用旋涂法，将上述的混合液旋涂于以K9玻璃为基底的增透镜上，就得到可饱和吸收镜。碳纳米管可饱和吸收镜的工作原理是可饱和吸收体对腔内激光的吸收是随光场强度而变化的，当光强较弱时对光吸收很强，腔内损耗大，因此光透过率很低。随着光强的增大其对光的吸收减小，腔内损耗小，当超过特定值时吸收饱和，光透过率达100％，使光强最大的激光脉冲受到最小的损耗，便会输出强脉冲激光。
本实用新型一种小型化脉冲中红外激光器，其工作原理是：利用808nm 的LD激光二极管泵浦Nd:YVO4晶体产生1064nm的连续激光，通过碳纳米管可饱和吸收镜利用其本身独特的非线性光学特性从而获得1064nm的脉冲激光作为中红外激光器的泵浦光，再经过所述的MgO:PPLN晶体产生中红外脉冲激光输出。通过在MgO:PPLN晶体的两端镀信号光的反射膜，形成信号光的单谐振中红外光学参量振荡器。该装置是通过温度控制器来精确控制Nd:YVO4晶体以及MgO:PPLN晶体的温度，以避免晶体在长时间工作下产生的热效应影响整个激光系统的工作效率。通过TEC2制冷平台来精确控制 MgO:PPLN晶体的温度从而对输出空闲光波进行调谐。整个实验中需要严格控制晶体的温度使得调谐不受温度的影响而产生误差。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (9)
1.一种小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，该小型化脉冲中红外激光器包括：激光二极管、激光晶体、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、可饱和吸收镜和非线性光学晶体；所述激光晶体为掺钕钒酸钇晶体；非线性光学晶体为周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体；所述激光二极管、激光晶体、可饱和吸收镜和非线性光学晶体在同一水平面上依次设置；所述第一半导体制冷片设置于所述激光晶体的下方，所述第二半导体制冷片设置于所述非线性光学晶体的下方。
2.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述激光二极管的最大输出功率为5W，且中心波长为808nm。
3.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述激光晶体的尺寸为3mm×3mm×2mm，Nd3+离子掺杂浓度为1％。
4.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述激光晶体靠近所述激光二极管的一侧镀有808nm增透且1.064μm高反的双色膜。
5.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述激光晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有1.064μm增透膜。
6.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述可饱和吸收镜的两侧都镀有1.064nm的增透膜。
7.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述非线性光学晶体的长为30mm、宽为10mm且厚为1mm，其中，MgO的浓度为5％，周期为30.5μm。
8.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述非线性光学晶体靠近所述可饱和吸收镜的一侧镀有1.064μm的增透膜，对1.45-1.65μm和3-4μm的反射膜。
9.根据权利要求1所述的小型化脉冲中红外激光器，其特征在于，所述非线性光学晶体远离所述可饱和吸收镜的一侧镀有3-4μm的增透膜，对1.064μm和1.45-1.65μm的反射膜。
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| CN109412003A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-01 | 中航华东光电有限公司 | 小型化脉冲中红外激光器 |
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2018
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