专利名称：基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及中红外固体激光器，特别是一种基于自拉曼泵浦的2.9 i! m中红外固体激光器。
背景技术：
中红外激光器广泛应用于激光测距，激光遥感，激光成像，光电对抗，医学诊断和治疗，材料处理，光学信号处理，数据处理等领域。在一些领域中，需要达到高峰值功率、高光束质量、高重复频率和窄线宽等要求。固体激光器相对于其他种类的激光器更容易满足上述要求，可做成轻型、紧凑、高效器件，能够满足各个领域对技术指标的要求。国内外学者对于中红外激光器进行了大量的理论和实践工作，现在产生2.9 Pm激光的技术尚未成熟。获得2.9 iim激光的方法目前只有用1150ii m LD泵浦Ho3+、Pr3+共掺光纤，但是这种方法会带来较大的损耗，大大降低了激光器的整机效率，结构相对比较复杂，更主要是成本也比较高。为实现2.9 ii m的高光束质量，高效率，高输出功率的中红外激光器，可以采用LD泵浦Yb: YVO4晶体，利用自拉曼产生的光泵浦Ho: LuLiF4晶体或Ho =YLiF4晶体来完成。
发明内容
为了克服上述现有2.9 y m激光技术的不足，本发明提供一种基于自拉曼泵浦的中红外2.9 iim固体激光器，该激光器具有稳定性好，光束质量高，输出功率和效率都很高的特点。本发明的技术解决方案如下:一种基于自拉曼泵浦的2.9 中红外固体激光器装置，特点在于其构成包括泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、第一全反镜、增益介质、第二全反镜和第二输出镜，上述各元部件的连接关系是:沿泵浦光路依次是所述的泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、增益介质、第一全反镜；沿激光光路依次是第二全反镜、增益介质、第二输出镜。所述的自拉曼晶体为Ho =YLiF4晶体，所述的增益介质是掺钦的Ho: LuLiF4晶体或Ho =YLiF4晶体并沿a轴切割，即a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，所述的增益介质用铟片包裹置于具有微通道铜制热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15°C 20°C。所述的泵浦源是976nm激光二极管阵列，输出的光束质量高，能量密度高，发散角小。所述的输入耦合透镜镀有R > 99.5%的1030nm和1144nm高反膜和T > 99%的976nm高透介质膜。所述的第一输出镜镀R > 99.5%的1030nm高反膜和R=90%的1144nm的介质膜，用于1144nm的第一反射镜为平凹镜，镀R > 99.5%高反膜。所述的第二全反 镜和第二输出镜构成激光谐振腔，所述的第二全反镜为平平镜，所述的第二输出镜为平凹镜，分别位于所述的增益介质的两侧，所述的第二全反镜镀R >99.5%的2.9 ii m高反膜，所述的第二输出镜镀R=95%的2.9 y m介质膜。与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明采用一定浓度的Ho = LuLiF4或Ho =YLiF4晶体，晶体沿a轴切割，放置于铜质热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15°C 20°C。与普遍获得中红外激光的方式相比，利用LD泵浦的Yb:YVO4晶体自拉曼光获得2.9 ii m激光输出具有吸收效果好，输出功率和效率高的特点。本发明采用976nm的LD作为泵浦源，对Yb = YVO4晶体进行泵浦，自拉曼输出的1144nm的光再对Ho = LuLiF4或Ho =YLiF4晶体进行泵浦。激光谐振腔采用平凹腔，腔长40mm,其中全反镜为平平镜，镀膜对2.m反射率大于99.5%，输出镜为平凹镜，曲率半径为250mm,对2.9 y m反射率为95%。本发明整机结构比较紧凑，有利于提高激光输出的和光束质量。
图1为本发明基于自拉曼泵浦的2.9 中红外固体激光器结构示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图1，图1为本发明基于自拉曼泵浦的2.9 中红外固体激光器结构示意图，由图可见，本发明基于自拉曼泵浦的2.9 y m中红外固体激光器包含:泵浦源，准直聚焦光学系统，自拉曼系统，激光器谐振腔和增益介质晶体。更具体地说，本发明基于自拉曼泵浦的2.9 y m中红外固体激光器装置，包括泵浦源1、光束整形装置2、输入耦合透镜3、自拉曼晶体4、Q开关5、第一输出镜6、第一全反镜7、增益介质8、第二全反镜9和第二输出镜10，上述各元部件的连接关系是:沿泵浦光路依次是所述的泵浦源1、光束整形装置2、输入率禹合透镜3、自拉曼晶体4、Q开关5、第一输出镜6、增益介质8、第一全反镜7 ;沿激光光路依次是第二全反镜9、增益介质8、第二输出镜10。下面是本发明一个实施例构成:泵浦源I是输出波长为976nm的二极管阵列；光束整形装置2为准直聚焦透镜组，其中焦距分别为25mm和75mm的两个柱状的凸透镜，分别镀976nm增透膜，以减少泵浦光的损耗，经过准直聚焦透镜组2的泵浦光，经输入耦合透镜3到达自拉曼晶体一 Yb = YVO4晶体
4,所述的输入稱合透镜3、Yb:YV04晶体4、Q开关5、第一输出镜6和第一全反镜7构成自拉曼光学系统，其中输入耦合透镜3镀有R > 99.5%的1030nm和1144nm高反膜和T > 99%的976nm高透介质膜,Yb:YV04晶体4为IOmmX ImmX IOmm的板条,掺杂浓度为IOat.%,第一输出镜6镀R > 99.5%的1030nm和R=90%的1144nm的介质膜，第一全反镜7镀R > 99.5%的1144nm的介质膜。所述的增益介质8为Ho = LuLiF4或设)=YLiF4晶体8，掺杂浓度为Iat.%，a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，晶体截面积为lmmX3mm，长度为IOmm,晶体用铟片包裹置于铜质热沉中，制冷水箱将晶体的温度控制在15 — 20°C ;所述的第二全反镜9镀R >99.5%的2.9 ii m高反膜，所述的第二输出镜10为平凹镜，镀有R = 95%的2.9 y m介质膜。本发明的工作原理如下:
激光二极管阵列泵浦源I发射的泵浦光，经准直聚焦透镜组2，进入自拉曼系统，产生1144nm输出光，输出光再侧泵Ho = LuLiF4或Ho =YLiF4晶体，晶体中的基态Ho3+离子吸收泵浦光上升到5I6能级，达到粒子束反转，粒子从5I6能级跃迁到5I7能级的过程中产生2.9um的激光，并在谐振腔内形成振荡，最终获得2.9 ii m激光输出。
权利要求
1.一种基于自拉曼泵浦的2.9 中红外固体激光器装置，特征在于其构成包括泵浦源(1)、光束整形装置(2)、输入耦合透镜(3)、自拉曼晶体(4)、Q开关(5)、第一输出镜(6)、第一全反镜(7)、增益介质(8)、第二全反镜(9)和第二输出镜(10)，上述各元部件的连接关系是:沿泵浦光路依次是所述的泵浦源(I)、光束整形装置(2)、输入耦合透镜(3)自拉曼晶体(4)、Q开关(5)、第一输出镜(6)、增益介质(8)、第一全反镜(7);沿激光光路依次是第二全反镜(9)、增益介质(8)、第二输出镜(10)。
2.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9 y m中红外固体激光器装置，其特征在于所述的自拉曼晶体为Ho =YLiF4晶体，所述的增益介质(8)是掺钦的Ho = LuLiF4晶体或Ho:YLiF4晶体并沿a轴切割，即a轴沿着激光方向，b轴沿泵浦光方向，所述的增益介质用铟片包裹置于具有微通道铜制热沉中，使用制冷水箱将温度控制在15°C 20°C。
3.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9 u m中红外固体激光器装置，其特征在于所述的泵浦源(1)是976nm激光二极管阵列，输出的光束质量高，能量密度高，发散角小。
4.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9 u m中红外固体激光器装置，其特征在于所述的输入耦合透镜(3)采用镀R > 99.5%的1030nm和1144nm高反膜和！1 > 99%的976nm高透介质膜。
5.如权利要求1所述的基于自拉曼泵浦的2.9 y m中红外固体激光器装置，其特征在于所述的第一输出镜(6)镀R > 99.5%的1030nm高反膜和R=90%的1144nm的介质膜，用于1144nm的第一反射镜(7)为平凹镜，镀R > 99.5%高反膜。
6.如权利要求1至5任一项所述的基于自拉曼泵浦的2.9 y m中红外固体激光器装置，其特征在于所述的第二全反镜(9)和第二输出镜(10)构成激光谐振腔，所述的第二全反镜(9)为平平镜，所述的第二输出镜(10)为平凹镜，分别位于所述的增益介质(8)的两侧，所述的第二全反镜(9)镀R > 99.5%的2.m高反膜，所述的第二输出镜(10)镀R=95%的.2.9 u m介质膜。
全文摘要
一种基于自拉曼泵浦的2.9μm中红外固体激光器装置，包括泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、第一全反镜、增益介质、第二全反镜和第二输出镜，上述各元部件的连接关系是沿泵浦光路依次是所述的泵浦源、光束整形装置、输入耦合透镜、自拉曼晶体、Q开关、第一输出镜、增益介质、第一全反镜；沿激光光路依次是第二全反镜、增益介质、第二输出镜。本发明该激光器具有稳定性好，光束质量高，输出功率和效率都很高的特点。可应用的领域包括激光测距、激光遥感、激光成像、光电对抗、医学诊断和治疗、材料处理、光学信号处理和数据处理等领域。
文档编号H01S3/08GK103107479SQ201310030018
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者徐剑秋, 王胜利, 李宏强, 黄崇源, 杨楠, 杨建龙, 张睿, 王世伟 申请人:上海交通大学