专利名称：双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种激光技术领域的器件，具体是一种激光二极管端面泵浦双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器。
(二)
背景技术：
光学双稳态是在激光产生15年后发现的一种新的非线性光学现象。激光双稳态是指在同一泵浦功率下对应两个稳定的输出功率，取哪个输出功率取决于泵浦功率到达相应点的方式(是增加到该值，还是减小到该值)。激光光学双稳在光学逻辑器件、光开关、光通信和光学存储等领域有着重要应用。产生激光双稳态的方法一般为在激光谐振腔内除了要有增益介质外，还要另外加入色散介质或可饱和吸收体，导致激光器的结构复杂，且激光器的双稳区宽度难以控制。
近室温，Tn^+与HoS+共掺激光晶体为准三能级系统，存在较为明显的基态对2pm光子的重吸收作用，由于能量传递上转换过程和激发态吸收的作用，这种基态的重吸收可以出现非线性饱和现象。在泵浦功率增加的过程中，由于单端面泵浦的非均匀吸收特性，导致了上能级粒子沿光轴方向的非均匀分布，使得近泵浦端面的泵浦光强度更高一些。在阈值处，近泵浦端面的强泵浦区实现了粒子数翻转，为增益区；而远泵浦端面的弱泵浦区没有实现粒子数翻转，为吸收区，可以看作可饱和吸收子。由于上能级的粒子数密度越大，能量传递上转换和激发态吸收的作用越发明显，从而导致上能级有效寿命的减小也越发明显，因此在泵浦功率增加的过程中，在阈值泵浦功率处，增益区比吸收区有更高饱和光强， 一旦产生激光振荡，吸收区的吸收更容易饱和。正是由于Tm,Ho:YLF激光晶体存在上述过程，导致了Tm,Ho:YLF激光器的双稳输出，而腔内不需另加可饱和吸收子。在增加泵浦功率的过程中，当泵浦功率低于阈值泵浦功率时，激光器处于关断状态，此时腔内光子数很少。由于激光晶体的非粒子数反转区(对2pm光子的吸收区)的基态重吸收作用，导致激光器处于高损耗状态，因此随着泵浦功率的增加，激光晶体上能级的粒子数密度随之增加，导致能量传递上转换和激发态吸收效应的影响更加显著，从而使得泵浦功率的阈值进一步增加。 一旦抽运功率达到阈值，激光器开始振荡，腔内光子数急剧增加。由于激光晶体基态重吸收的饱和作用，激光器的损耗瞬间由高损耗转为低损耗，反过来导致腔内激光光强的进一步增加，直到增益与损耗达到新的平衡，激光器实现了稳定输出，因此出现了在高阈值处输出功率有一个较大幅度的跃变量。当激光器处于出光状态，由于2pm激光对Tm,Ho:YLF激光晶体基态重吸收的饱和作用，导致激光腔处于低损耗状态；同时，2nm激光的受激辐射压制了能量传递上转换和激发态吸收过程，因此，当激光器处于出光状态，泵浦功率在减小的过程中，激光器停止振荡时对应一个较低的泵浦阈值。这样激光二极管端面泵浦的Tm,Ho:YLF激光器实现了双稳输出。若以另一束泵浦光控制Tm,Ho:YLF激光晶体吸收区的吸收特性，就可以实现激光器双稳区宽度的有效控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单、成本低；调节幅度大，使用方便的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器。
本发明的目的是这样实现的它包括激光二极管泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、铥钛共掺氟化镱锂(Tm,Ho:YLF)晶体；所述的激光二极管泵浦源为两个，两个激光二极管泵浦源发出的泵浦光分别经光纤和耦合透镜进入谐振腔内；所述的谐振腔是由后腔镜、45。角平面折叠镜和输出镜组成的L形直角折叠腔，前端是后腔镜，后端是45。角平面反射镜，下端是输出镜，谐振腔内放置铥钬共掺氟化镱锂晶体；铥钬共掺氟化镱锂晶体侧面用铟箔包好夹入带有通光孔的铜质热沉内，热沉的温度由高精度温控仪精密控制，热沉中热电制冷片的热面与带有管道的金属块紧密相接触，金属块内的管道持续通过循环冷却水，用来带走制冷产生的热量。
本发明还可以包括这样一些特征
1、 所述的激光二极管泵浦源的输出波长为792nm。
2、 所述的铥钬共掺氟化镱锂晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴方向。
3、 所述的铥钬共掺氟化镱锂晶体的两个端面均镀有对波长792nm和2.06pm的光增透的膜。
4、 所述的后腔镜和45。角平面折叠镜镀有对波长792nm的泵浦光增透的膜和对波长为2.06|Jm的光高反的膜。
5、 所述的激光二极管端面泵浦双稳区宽度可调的光学双稳Tm，Ho:YLF激光器，其特征在于所述的输出镜对波长为2.06iJm的光的透过率为1%-10%。
46、 所述的铥钬共掺氟化镱锂Tm，Ho:YLF晶体的两端分别由两个792nm的端面泵浦源进行泵浦，其中的一个泵浦源主要用于控制饱和吸收子的吸收性质。
7、 所述的激光器的输出波长为2.06Mm。
本发明中，第一泵浦源主要为激光晶体提供泵浦能量，由于端面泵浦的非均匀吸收特性，使得近泵浦端面的泵浦光强度更高，导致了上能级粒子沿光轴方向的非均匀分布，在阈值处，近泵浦端面的强泵浦区实现了粒子数翻转，为增益区，而远泵浦端面的弱泵浦区没有实现粒子数翻转，为吸收区，可以看作可饱和吸收子；第二泵浦源输出较小功率主要用于改变激光晶体吸收区的吸收性能，达到调节双稳区宽度的目的。
本发明首先使第一泵浦源的输出功率为零，第二泵浦源的输出功率为零。在保持第二泵浦源的输出功率为零的前提下，逐渐调大第一泵浦源的输出功率，直至输出镜端有激光输出；设此时第一泵浦源的输出功率为P。n，然后逐步减小第一泵浦源的输出功率，直至激光器输出镜的输出功率为零，设此时第一泵浦源的输出功率为P。ff;光学双稳区的宽度则为AP产P。n-P。ff。接下来，增大一点第二泵浦源的输出功率，重复上述过程，测得的双稳区宽度为AP2;有AP^AP2。最后，第一泵浦源与第二泵浦源的输出功率同步增加和减小，光学双稳现象消失。
本发明提供了一种全新的激光二极管端面泵浦双稳区宽度可调的光学双稳Tm，Ho:YLF激光器，Tm,Ho:YLF激光晶体既做增益介质又做可饱和吸收子，比激
光介质与可饱和吸收子分开的激光器少用了一块晶体，因此该激光器的体积更小、结构更加简单、成本更低；并且通过向吸收区注入泵浦光来改变吸收区的吸收性能，达到调节双稳区宽度的目的，使得本发明的调节幅度大，使用方便。
(四)
图l是本发明激光器光路结构示意图。图2是本发明中的光学双稳态现象实验图。
图3是本发明中第一泵浦源与第二泵浦源的输出功率同步增加然后同步减小时光学双稳态消失的实验图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图l，本实施包括激光二极管第一泵浦源l、光纤2、耦合透镜3、后腔镜4、沿a轴切割铥钬共掺氟化镱锂Tm,Ho:YLF晶体5、 45。角平面折叠镜6、输出 镜7、耦合透镜8、光纤9、激光二极管第二泵浦源10。两个激光二极管泵浦源l、 10发出的泵浦光分别经光纤2、 9和耦合透镜3、 8进入谐振腔内；所述的谐振腔 是由后腔镜4、 45。角平面折叠镜6和输出镜7组成的L形直角折叠腔，前端是后 腔镜4,后端是45。角平面反射镜6，下端是输出镜7，谐振腔内放置铥钬共惨氟化 镱锂晶体5。
所述的激光二极管端面泵浦源的输出波长为792nm。
所述的铥钬共掺氟化镱锂Tm，Ho:YLF晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴 方向，该晶体既做激光增益介质又做产生光学双稳的饱和吸收子，该晶体的掺杂浓 度为6%丁1113+， 0.4%Ho3+。
所述的铥钦共掺氟化镱锂Tm,Ho:YLF晶体的两个端面均镀有对波长792nrn和 2.06|Jm的光增透的膜。
所述的后腔镜和45。角平面折叠镜镀有对波长792nm的泵浦光增透的膜和对波 长为2.06pm的光高反的膜。
所述的输出镜对波长为2.06|Jm的光的透过率为3%。
所述的铥钬共掺氟化镱锂Tm，Ho:YLF晶体的两端分别由两个792nm的端面泵 浦源进行泵浦，其中的一个泵浦源主要用于控制饱和吸收子的吸收性能。 所述的激光器的输出波长为2.06pm。
本实施例中，第一泵浦源1为铥钬共掺氟化镱锂Tm,Ho:YLF晶体5提供泵浦 能量，由于单端面泵浦的非均匀吸收特性，使得近泵浦端面的泵浦光强度更高，导 致了上能级粒子沿光轴方向的非均匀分布，在泵浦阈值处，近泵浦端面的强泵浦区 实现了粒子数翻转，为增益区，而远泵浦端面的弱泵浦区没有实现粒子数翻转，为 吸收区，可以看作可饱和吸收子，因此可选用一块铥钬共掺氟化镱锂Tm,Ho:YLF 晶体既做增益介质又做可饱和吸收子。第二泵浦源10主要用于改变激光晶体吸收 区的非线性吸收性能，达到控制双稳区宽度的目的。
本实施例在将第二泵浦源10的输出功率调为零时，调节第一泵浦源1的输出 功率的大小，当第一泵浦源的输出功率增加到3.7W时，该功率称为开泵浦阈值， 输出镜7处有激光输出。然后再将第一泵浦源的输出功率调小，直到第一泵浦源的 输出功率降到3.1W时，该功率称为关泵浦阈值，输出镜7处的激光输出才停止。
6当第一泵浦源的输出功率为3.1W与3.7W之间的某一个值时，此激光器在输出镜7 处有两个激光输出值，这种现象即是固体激光器的光学双稳现象。第二泵浦源的输 出功率为零时，输出镜7处激光的输出功率与第一泵浦源泵浦功率的关系曲线如图 2所示，双稳区的宽度为开泵浦阈值与关泵浦阈值之差为0.6W。在第二泵浦源10 有较小的输出功率时，重复上述实验过程，发现输出镜7处的激光双稳区宽度有所 减小，并且光学双稳区宽度的减小随第二泵浦源IO输出功率的增加而越发明显。 当第一泵浦源1与第二泵浦源10的输出功率同步增加和减小时，输出镜7处激光 的输出功率随两个泵浦源输出功率之和的变化关系曲线如图3所示，可见此时不存
在光学双稳现象。
权利要求
1、一种双稳区宽度可调的光学双稳Tm，HoYLF激光器，它包括激光二极管泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、铥钬共掺氟化镱锂晶体；其特征是所述的激光二极管泵浦源为两个，两个激光二极管泵浦源发出的泵浦光分别经光纤和耦合透镜进入谐振腔内；所述的谐振腔是由后腔镜、45°角平面折叠镜和输出镜组成的L形直角折叠腔，前端是后腔镜，后端是45°角平面反射镜，下端是输出镜，谐振腔内放置铥钬共掺氟化镱锂晶体；铥钬共掺氟化镱锂晶体侧面用铟箔包好夹入带有通光孔的铜质热沉内，热沉的温度由高精度温控仪精密控制，热沉中热电制冷片的热面与带有管道的金属块紧密相接触，金属块内的管道持续通过循环冷却水，用来带走制冷产生的热量。
2、 根据权利要求1所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的激光二极管泵浦源的输出波长为792nm。
3、 根据权利要求2所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm，Ho:YLF激光器， 其特征是所述的铥钬共掺氟化镱锂晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴方向。
4、 根据权利要求3所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的铥钬共掺氟化镱锂晶体的两个端面均镀有对波长792nm和 2.06|Jm的光增透的膜。
5、 根据权利要求4所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的后腔镜和45。角平面折叠镜镀有对波长792nm的泵浦光增透的 膜和对波长为2.06|Jm的光高反的膜。
6、 根据权利要求5所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的激光二极管端面泵浦双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF 激光器，其特征在于所述的输出镜对波长为2.06lJm的光的透过率为1%-10%。
7、 根据权利要求6所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的铥钬共掺氟化镱锂Tm,Ho:YLF晶体的两端分别由两个792nm 的端面泵浦源进行泵浦，其中的一个泵浦源主要用于控制饱和吸收子的吸收性质。
8、 根据权利要求7所述的双稳区宽度可调的光学双稳Tm,Ho:YLF激光器， 其特征是所述的激光器的输出波长为2.06pm。
全文摘要
本发明提供的是一种激光二极管端面泵浦双稳区宽度可调的光学双稳Tm，Ho:YLF激光器。它包括激光二极管泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、铥钬共掺氟化镱锂晶体；其特征是所述的激光二极管泵浦源为两个，两个激光二极管泵浦源发出的泵浦光分别经光纤和耦合透镜进入谐振腔内；所述的谐振腔是由后腔镜、45°角平面折叠镜和输出镜组成的L形直角折叠腔，前端是后腔镜，后端是45°角平面反射镜，下端是输出镜，谐振腔内放置铥钬共掺氟化镱锂晶体。本发明的激光器的体积更小、结构更加简单、成本更低；并且通过向吸收区注入泵浦光来改变吸收区的吸收性能，达到调节双稳区宽度的目的，使得本发明的调节幅度大，使用方便。
文档编号H01S3/10GK101465513SQ20091007124
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者崔金辉, 张新陆, 立 李 申请人:哈尔滨工程大学