专利名称：直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，尤其涉及一种直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器。
背景技术：
1. 5微米人眼安全波段激光器在激光测距、激光空间通信、医疗等领域有着重要的 应用。目前，实现1. 5微米人眼安全波段激光主要有光学参量振荡(OPO)，Er玻璃激光器， 半导体二极管激光器等方式，但OPO结构复杂、成本高、稳定性差，不利于小型化，产品化， Er玻璃能够发射1. 54微米波长的激光，但由于Er玻璃为三能级结构，对泵浦光吸收小，效 率低，并且Er玻璃的热导率很低，所以实际应用较少。半导体激光二极管也可以产生1.5 微米波段的激光，但其光束质量差，限制了其应用。近几年来，利用Nd:YV04，NdiGdVO4等晶体的1. 3微米波段的自受激拉曼散射产 生1. 5微米波段的人眼安全激光逐渐受到人们的重视，这种激光器结构简单，成本低，容易 实现，但这种方式的效率不是很高，这是由于利用808nm泵浦1.3微米的量子效率很低，发 热量大，很大程度上抑制了 1.3微米波段受激拉曼散射的产生，效率并不是很高，目前得到 最高的效率为2009年发表于OPTICS EXPRESS (光学快递)上的文章“Compacteff icient Q-switched eye-safe laser at 1525 nm with a double-end diffusion-bonded Nd:YV04crystal as a self-Raman medium”(紧凑、高效，Q 开关运转的复合 Nd:YV04 晶体 自拉曼1525nm人眼安全波段激光器)，该文章中采用符合Nd YVO4晶体，采用光纤耦合输出 808nm光纤耦合输出阵列作为泵浦原，采用脉冲工作的方式，在泵浦功率为17. 2W时获得了 2. 3W的1525nm波段的人眼安全波段激光输出，光-光转换率13 %，虽然该方法利用符合晶 体来降低激光晶体的热效应，提高了受激拉曼散射的效率，但这种方法没有从根本上降低 热量的产生。专利CN101276984，提出了一种利用微片Nd3+离子的激光增益介质，V:YAG被动调 Q的自受激拉曼散射产生人眼安全波段的方法，由于该方法采用微片结构，效率较低。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激 光器，该激光器具有体积小、效率高、简单可靠等优点。为了解决上述技术问题，本发明予以实现的技术方案是一种直接泵浦的自受激 拉曼散射人眼安全波段激光器，包括顺次布置的激光泵浦源、激光传能光纤、平凸镜准直、 平凸聚焦镜、谐振腔反射镜、激光增益介质晶体、激光输出镜和激光准直镜；所述激光泵浦 源输出的泵浦光经激光传能光纤传输到第一平凸镜，经其准直后，由第二平凸镜聚焦，将泵 浦光聚焦到激光增益介质晶体的端面，所述激光增益介质晶体吸收泵浦光后产生1. 3微米 波段的受激辐射，当1. 3微米的波段辐射超过激光增益介质晶体的自受激拉曼散射阈值 时，开始产生1.5微米波段的人眼安全激光辐射，所产生的人眼安全波段激光由输出镜输出，并由激光准直镜进行准直输出。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明激光器的激光泵浦源的波长为880nm、885nm、888nm、914nm或912nm，由激 光泵浦源输出的泵浦光经过传能光纤后由平凸镜准直、平凸聚焦镜，将泵浦光聚焦到激光 增益介质晶体上，通过谐振腔反射镜和激光输出镜及激光增益介质晶体的膜系设计，使1. 3 微米激光产生振荡，由于谐振腔反射镜和激光输出镜组成谐振腔的正反馈作用，1. 3微米激 光得到不断的放大，当超过自受激拉曼散射的阈值功率后自受激拉曼散射开始产生，并在 谐振腔内振荡、放大，并由输出镜输出。由于激光泵浦源为880nm，885nm，888nm，914nm，或 912nm，与普通的808nm泵浦源相比能极大的降低由于量子亏损产生的热效应，从而提高受 激拉曼散射的效率，808nm泵浦与880nm泵浦的跃迁方式如图1 (a)和图1(b)所示，其中附 图标记10为驰豫过程，20为1. 3微米激光，30为880nm泵浦光，40为808nm泵浦光。对于 1. 3微米谱线利用880nm作为泵浦光产生的热量为34%，利用914nm作为泵浦光产生的热 量为32%，而利用808nm作为泵浦光产生的热量为40%，可见这种直接泵浦的方式可以大 大的降低热效应，有利于1. 3微米的自受激拉曼散射的产生，并可在很大程度上提高输出 激光的光束质量。
图1 (a)是传统808nm泵浦方式实现跃迁的示意图；图1 (b)是本发明880nm直接泵浦方式实现跃迁的示意图；图2(a)是本发明中激光增益介质晶体为普通激光晶体的1.5微米激光器实施 例；图2(b)是本发明中激光增益介质晶体为复合晶体的1. 5微米激光器的实施例。图中附图标记说明1、泵浦源，2、光纤，3、第一平凸镜，4、第二平凸镜，5、谐振腔反射镜，6、激光增益介 质晶体，7、激光输出镜，8、准直镜，10、驰豫过程，20、1.3微米激光，30、880nm泵浦光，40、 808nm泵浦光。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地描述。如图2(a)和图2(b)所示，采用泵浦源1，其中心波长为880nm，也可以是885nm、 888nm、914nm或912nm，制冷方式采用循环水冷却，也可以是半导体制冷器TEC冷却，所述激 光泵浦源1采用连续、调制或脉冲方式工作。温度设定为25°C，经过直径为传能光纤2，光 纤2芯径为400微米，数值孔径0. 22，将泵浦光传输到准直聚焦系统上，该准直聚焦系统由 两个平凸镜构成，为了叙述方便，分别定义为第一平凸镜3和第二平凸镜4，焦距都为25mm， 由第一平凸镜3和第二平凸镜4构成1 1成像系统，由第二平凸镜4聚焦将泵浦光聚焦 到激光晶体6上，聚焦后的光斑半径为200微米，激光增益介质晶体6为Nd: YVO4,规格为 3X3X10mm，掺杂浓度0. 3%，所述激光增益介质晶体6的C轴方向竖直向上放置或水平放 置，图2 (a)和图2(b)中所示激光增益介质晶体6的C轴方向为水平放置，该激光增益介质 晶体6的双面镀有1342nm&1064nm&1525nm的增透膜，用循环水进行冷却，温度设定为18°C，激光增益介质晶体6也可以是而:6砍04或而:肌1等可以产生受激拉曼散射的晶体，也可是由掺杂晶体与非掺杂晶体组成的复合晶体，对所述激光增益介质晶体6的双面或单面镀制 的光学介质膜有以下几种情形之一双面镀制有880nm、885nm、888nm、914nm和912nm波段 中的一种或多种高透过率的光学介质膜、双面镀制有1. 06微米波段的高透过率的光学介 质膜、双面镀制1. 3微米波段的高透光学介质膜、双面镀制1. 5微米波段的高透过率的光学 介质膜。如图2 (a)中所示激光增益介质晶体为普通激光晶体，图2(b)中所示激光增益介质 晶体6为复合晶体，该复合晶体为键合生长的两端为非掺杂部分，中间为参杂部分，也可只 有一端为掺杂部分的晶体。在泵浦光的作用下，激光增益介质晶体6产生粒子数反转，谐振 腔反射镜5和激光输出镜7可以都为平面镜，谐振腔反射镜5双面镀制880nm波段的高透过 率的光学介质膜，双面镀制1. 06微米波段的高透过率的光学介质膜，右面镀制1. 3微米和 1. 5微米波段的高反射率的光学介质膜，对所述谐振腔反射镜5的单面或双面镀制的光学 介质膜还可以是以下几种情形之一双面镀制有880nm、885nm、888nm、914nm和912nm波段 中的一种或多种高透过率的光学介质膜、双面镀制有1.06微米波段的高透过率的光学介 质膜、单面或双面镀制有1. 3微米波段的高反射率的光学介质膜、单面或双面镀制有1. 5微 米波段的高反射率的光学介质膜。激光输出镜7左面镀制1342nm的高反射率膜和1525nm 波段的部分透射率膜，透过率为3%，右面镀制1.5微米波段的高透射率光学介质膜，对所 述激光输出镜7的双面或单面镀制的光学介质膜还可以是以下几种情形之一双面镀制有 1. 06微米波段的高透过率的光学介质膜、凹面镀制有1. 3微米波段的高反射率的光学介质 膜、凹面镀制有1. 5微米波段的部分透射率光学介质膜、平面镀制有1. 5微米波段的高透射 率光学介质膜。谐振腔反射镜5和激光输出镜7之间的距离为85mm，谐振腔反射镜5和激 光输出镜7也可为平凹镜，由于激光增益介质晶体6、谐振腔反射镜5和激光输出镜7的镀 膜设计，将使1. 3微米波段形成受激放大，而1. 06微米波段损耗大不能形成受激放大，由于 谐振腔反射镜5和激光输出镜7对1. 3微米激光全部高反，因此，1. 3微米激光将不能被输 出到腔外，1. 3微米激光不断加强，当达到受激散射的拉曼阈值后开始产生1. 5微米的受激 拉曼散激光，1. 5微米的激光在谐振腔反射镜5和激光输出镜7之间不断的振荡得到放大， 同时由激光输出镜7输出，然后经过准直镜8对激光进行准直，压缩发散角。综上，本发明要解决的问题是提高Nd3+ 1. 3微米波段的自受激拉曼散射转换率， 解决的方案是采用直接泵浦方式，利用特殊波长的泵浦光使电子直接跃迁到激光上能级， 消除常规泵浦方式电子由泵浦能级到激光能级的热驰豫过程，提高量子效率，降低热量，增 加1. 3微米波段的自受激拉曼散射转换率。本发明广泛用于军事、医疗、通信、科研等领域。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方 式，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发 明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保 护之内。
权利要求
一种直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，包括顺次布置的激光泵浦源(1)、激光传能光纤(2)、第一平凸镜(3)准直、第二平凸聚(4)焦镜、谐振腔反射镜(5)、激光增益介质晶体(6)、激光输出镜(7)和激光准直镜(8)；其特征在于所述激光泵浦源(1)输出的泵浦光经激光传能光纤(2)传输到第一平凸镜(3)，经其准直后，由第二平凸镜(4)聚焦，将泵浦光聚焦到激光增益介质晶体(6)的端面，所述激光增益介质晶体(6)吸收泵浦光后，在谐振腔反射镜(5)和激光输出镜(7)的限制作用下产生1.3微米波段的受激辐射，当1.3微米的波段辐射超过激光增益介质晶体(6)的自受激拉曼散射阈值时，开始产生1.5微米波段的人眼安全激光辐射，所产生的人眼安全波段激光由激光输出镜(7)输出，并由激光准直镜(8)进行准直输出。
2.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述激光泵浦源(1)的中心波长为880nm、885nm、888nm、914nm或912nm。
3.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述激光泵浦源(1)采用连续、调制或脉冲方式工作。
4.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于对所述谐振腔反射镜(5)的单面或双面镀制的光学介质膜有以下几种情形之一所述谐振腔反射镜(5)的双面镀制有880nm、885nm、888nm、914nm和912nm波段中的一 种或多种高透过率的光学介质膜；所述谐振腔反射镜(5)的双面镀制有1. 06微米波段的高透过率的光学介质膜；所述谐振腔反射镜(5)的单面或双面镀制有1. 3微米波段的高反射率的光学介质膜；所述谐振腔反射镜(5)的单面或双面镀制有1.5微米波段的高反射率的光学介质膜。
5.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述激光增益介质晶体(6)为而1￥04、而义砍04、或而:1 1，用以产生1. 3微米波段自 受激拉曼散射。
6.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述激光增益介质晶体(6)为普通激光晶体或复合激光晶体。
7.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述谐振腔反射镜(5)为平凹镜或平平镜。
8.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于所述激光增益介质晶体(6)的C轴方向竖直向上放置或水平放置。
9.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在 于对所述激光增益介质晶体(6)的双面或单面镀制的光学介质膜有以下几种情形之一所述激光增益介质晶体(6)的双面镀制有880nm、885nm、888nm、914nm和912nm波段中 的一种或多种高透过率的光学介质膜；所述激光增益介质晶体(6)的双面镀制有1.06微米波段的高透过率的光学介质膜；所述激光增益介质晶体(6)的双面镀制1. 3微米波段的高透光学介质膜；所述激光增益介质晶体(6)的双面镀制1.5微米波段的高透过率的光学介质膜。
10.根据权利要求1所述直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，其特征在于对所述激光输出镜(7)的双面或单面镀制的光学介质膜有以下几种情形之一所述激光输出镜(7)的双面镀制有1. 06微米波段的高透过率的光学介质膜； 所述激光输出镜(7)的凹面镀制有1.3微米波段的高反射率的光学介质膜； 所述激光输出镜(7)的凹面镀制有1. 5微米波段的部分透射率光学介质膜； 所述激光输出镜(7)的平面镀制有1.5微米波段的高透射率光学介质膜。
全文摘要
本发明公开了一种直接泵浦的自受激拉曼散射人眼安全波段激光器，包括顺次布置的激光泵浦源、激光传能光纤、平凸镜准直、平凸聚焦镜、谐振腔反射镜、激光增益介质晶体、激光输出镜和激光准直镜；激光泵浦源输出的泵浦光经激光传能光纤传输到平凸准直镜，经准直后，由平凸聚焦镜将泵浦光聚焦到激光增益介质晶体的端面，激光增益介质晶体吸收泵浦光后产生1.3微米波段的受激辐射，当1.3微米的波段辐射超过激光增益介质晶体的自受激拉曼散射阈值时，所产生的1.5微米波段人眼安全波段激光由输出镜准直输出。本发明可以提高Nd3+1.3微米波段的自受激拉曼散射转换率，消除常规泵浦方式电子由泵浦能级到激光能级的热驰豫过程，提高量子效率，降低热量。
文档编号H01S3/094GK101814695SQ20101015968
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者丁欣, 周睿, 姚建铨, 李斌, 李雪, 温午麒, 王鹏, 盛泉, 陈娜 申请人:天津大学