一种实现2μm波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光器，尤其涉及一种实现2 μπι波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器。
【背景技术】
[0002]激光的发明是一项划时代的成就，对人类社会产生了深远的影响。随着激光技术、激光器件的不断发展，人们对高效率、高光束质量、结构紧凑和稳定性好的激光器的需求越来越迫切。由于半导体泵浦固体激光器具有很多优点，如体积小、质量轻、结构紧凑、便于携带、便于维护和操作，它刚一出现便受到了激光器研宄者的重视。
[0003]2 μπι波段高相干的辐射光源，在激光测距、激光遥感、激光成像、光电对抗、医学诊断和治疗、科学仪器、材料处理、光学信号处理、数据处理和差分吸收激光雷达的环境监测等领域已显示出越来越广泛的应用前景。低温条件下工作的Tm，Ho固体激光器是获得2 μ m波段大功率激光输出的有效途径之一。目前，一些技术已趋于成熟，一些国家已经研制出军用大功率2 μπι波段激光器。由于低温制冷设备(一般为装液氮的杜瓦瓶，制冷温度在77Κ)不方便在工程上使用，这大大限制了 2 μ m波段激光的应用。为了进一步扩大2 μ m波段激光的应用范围，以及相关设备使用的灵活性、机动性，实现常温2 μ m波段激光的大功率输出显得十分重要。采用Tm激光泵浦单掺Ho3+晶体，是在常温下获得大功率2 μπι激光的解决方案。但目前2 μπι波段激光的可调谐窄线宽激光很难实现，窄线宽激光器的宽谱调谐范围就更窄。根据目前报道，很难实现150nm以上的连续宽谱可调谐，报道中调谐范围最大的是:哈尔滨工业大学的李玉峰等人利用Tm:GdV04作为激光介质，实现了 1820?1946nm的输出调谐[Chinese Phys.Lett.24724]，调谐范围126nm。但其波长并未覆盖2 μ m波段，而且此波长范围与水分子吸收峰重叠，因此限制了此类激光器在光学参量振荡获激光光谱测试中的应用。本发明采用Ho离子掺杂的硅酸钪(SSO)作为激光介质，理论上可实现200nm左右的调谐范围，且波长范围覆盖2 μ m波段，可有效拓展此类激光器的应用范围。
[0004]中国专利(申请号201410619809.2)提供一种窄线宽2 μm激光器装置，包括1.9 μ m激光泵浦源、光学親合系统、掺钬离子激光晶体、Q开关、第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和反馈镜，可以实现窄线宽5 μπι的激光输出，但是没有解决调谐范围的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有2 μπι波段激光器调谐范围窄的问题而提供一种实现2 μ m波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器。
[0006]本发明的目的是这样实现的:包括激光泵浦源、耦合聚焦系统、输入镜、激光晶体和输出镜，在激光晶体和输出镜之间还设置有波长调制棱镜，所述激光晶体是Ho:SSO晶体。
[0007]本发明还包括这样一些结构特征:
[0008]1.在所述激光晶体与波长调制棱镜之间设置有45°反射镜。
[0009]2.所述输出镜采用体光栅，且体光栅镀膜的通过带宽是200nm。
[0010]3.所述激光泵浦源采用Tm: YAP激光器。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明选用硅酸钪作为激光介质，将Ho掺杂到硅酸钪(SSO)中，可获得强场耦合晶体HckSSO晶体，而HckSSO晶体具有较宽的吸收带及200nm左右的宽荧光谱线，能级劈裂大，本发明还采用波长调制棱镜作为腔内调制元件，可以实现激光波长的连续调谐，也即实现2 μ m波段高功率、宽调谐连续激光输出，可满足光谱测量中对高能宽谱激光光源的需求，为光谱检测提供合适的光源，也解决了现有2 μ m波段激光器调谐范围窄的问题。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施案例一的结构示意图；
[0013]图2是HckSSO晶体的发射谱和吸收谱示意图，其中A代表HckSSO晶体的吸收强度谱线，B代表HckSSO晶体的荧光发射谱线；
[0014]图3是本发明实施案例二的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0016]本发明所述的实现2 μπι波段宽调谐窄线宽激光输出的方法为:首先选用硅酸钪(Sc2S15)作为激光介质，采用提拉生长法将Ho3+掺杂入SSO晶体中，使之取代晶格中的Sc离子，SSO晶体属于低对称单斜晶系，晶体中Sc( I )和Sc( II )格位均为6配位，使得掺入的Ho3+具有强场耦合特性，电子壳层受晶场影响，基态能级分裂大，Ho3+掺入强场耦合SSO基质中，室温下基态Stark能级劈裂Δ E大幅增加，达到712CHT1，由于强场親合和多格位特征会宽化掺Ho3+激光晶体的吸收和发射光谱，进而增加输出激光波长的调谐范围。经前期初步研宄发现，Ho: SSO晶体常温下有较宽且平坦的发射光谱(FWHM= 193nm)。然后采用“L”型腔作为激光谐振腔，使2微米激光在腔内产生持续振荡，采用腔内调节方式，即将波长调制棱镜放入谐振腔内实现激光输出的宽谱调节，同时采用限制输出波长线宽的体光栅作为激光谐振腔的输出腔镜，激光振荡本征光由于调制棱镜的作用在腔内产生色散，系统可以通过调节输出体光栅的角度来精细调节输出波长，同时体光栅压缩了输出激光的线宽，进而实现了输出激光的宽调谐、窄线宽精细调节。基于上述方法，本发明的实施例如下:
[0017]实施案例一:结合图1，本发明包括激光泵浦源1、耦合聚焦系统2、输入镜3、激光晶体4和输出镜6，在激光晶体4和输出镜6之间还设置有波长调制棱镜5，所述激光晶体4是HckSSO晶体。激光泵浦源I发出的泵浦光依次经过耦合聚焦系统2和输入镜3进入Ho: SSO晶体4，Ho: SSO晶体4产生的激光在输入镜3和输出镜6构成的谐振腔内振荡，并经输出镜6输出，波长调制棱镜5位于谐振腔内，用于实现激光波长的连续调谐，谐振腔为平凹腔。本发明所述的输出镜6采用体光栅实现，且体光栅镀膜的通过带宽是200nm ;所述激光泵浦源采用Tm: YAP激光器，输出波长为1940nm。也即本发明采用Ho: SSO晶体作为激光晶体4，采用波长调制棱镜5来实现激光波长的连续调谐，采用体光栅作为输出镜6。而Ho: SSO晶体作为一种新的激光晶体，具有非常宽的荧光谱线，将Ho (钬)离子掺杂到SSO (硅酸钪)中后，可实现强场耦合效应，使得Ho: SSO晶体具有高能级劈裂，高上能级粒子布居数，进而荧光谱线很宽，达到200nm，因此为实现激光器的宽谱调谐提供了有力的支撑作用。波长调制棱镜5作为腔内波长调制元件，配合激光谐振腔，可实现激光晶体荧光谱线内的宽谱连续可调。而体光栅的作用是输出调谐后的激光束，为达到宽谱调节，镀膜方面通过带宽设为200nm，同时能够压缩线宽，以实现窄线宽的激光输出。
[0018]图2是Ho:SSO晶体的发射谱和吸收谱示意图，图2中Ho:SSO激光晶体的吸收谱线，采用1940nm输出的ΤπκΥΑΡ激光器作为激光泵浦源1，激光泵浦源I输出的激光在自由空间传输，并经过耦合聚焦系统2，整形成与激光模式相匹配的激光束。整型后的激光束经由激光器谐振腔输入镜3进入谐振腔，输入镜3镀膜方面必须保证泵浦光全部进去，而宽带的激光荧光谱线(200nm)的范围内，必须具有高反射率。泵浦光通过Ho: SSO晶体4，Ho: SSO晶体4两端镀有泵浦光及发射激光同时高透过率的膜，HckSSO晶体4中实现粒子跃迀及能级翻转，激光波长调制棱镜6是实现Ho: SSO激光器连续激光输出调谐的主要器件，Ho: SSO具有很宽的荧光谱线，在激光谐振腔镀膜的作用下，可在200nm范围内起振，通过波长调制棱镜5的角度调节，可实现激光输出的连续调谐。体光栅的作用是输出调谐后的激光束，为达到宽谱调节，镀膜方面通过带宽设为200nm，同时达到窄线宽的激光输出。
[0019]实施案例二:基于上述实施案例并结合图3，本发明还可以是:在所述激光晶体4与波长调制棱镜5之间设置有45°反射镜7，也即采用“L”型谐振腔，且45°反射镜7用于对谐振腔内的光进行45°反射。可以改变泵浦光及腔内激光束的传输方向，有效减小激光器物理腔长，节省激光器整体体积，同时也可有效滤掉泵浦光，防止激光与泵浦光同时输出。
【主权项】
1.一种实现2 μ m波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，包括激光泵浦源、耦合聚焦系统、输入镜、激光晶体和输出镜，其特征在于:在激光晶体和输出镜之间还设置有波长调制棱镜，所述激光晶体是Ho:SSO晶体。
2.根据权利要求1所述的一种实现2μ m波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，其特征在于:在所述激光晶体与波长调制棱镜之间设置有45°反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的一种实现2μπι波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，其特征在于:所述输出镜采用体光栅，且体光栅镀膜的通过带宽是200nm。
4.根据权利要求1或2所述的一种实现2μπι波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，其特征在于:所述激光泵浦源采用Tm:YAP激光器。
5.根据权利要求3所述的一种实现2y m波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，其特征在于:所述激光泵浦源采用Tm:YAP激光器。
【专利摘要】本发明提供的是一种实现2μm波段宽调谐窄线宽激光输出的激光器，包括激光泵浦源、耦合聚焦系统、输入镜、激光晶体和输出镜，在激光晶体和输出镜之间还设置有波长调制棱镜，所述激光晶体是Ho:SSO晶体。本发明是解决了现有2μm波段激光器调谐范围窄的问题，采用Ho:SSO作为激光晶体，采用波长调制棱镜来实现激光波长的连续调谐，采用体光栅作为输出镜，采用Tm:YAP激光器作为泵浦源，谐振腔为“L”型平凹腔。本发明能够实现2μm波段高功率、宽调谐连续激光输出，可满足光谱测量中对高能宽谱激光光源的需求。
【IPC分类】H01S3-094, H01S3-106, H01S3-16
【公开号】CN104682186
【申请号】CN201510116827
【发明人】杨晓涛, 沈元, 赵嫦欣, 葛明, 王忠巍
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月17日