一种中红外固体激光器及获得3μm波段中红外激光的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于全固态固体激光设备技术领域，具体地说涉及一种中红外固体激光器及获得3μπι波段中红外激光的方法。
【背景技术】
[0002]由于中红外波段激光(3?5μπι)正好处于大气窗口，而且还处在一些有害、有毒气体以及水和二氧化碳等重要分子的吸收带上，中红外激光在激光雷达、遥感、环境监测、医疗以及红外对抗等方面有着重要应用价值和前景。因此，中红外激光近年来成为固体激光领域研究的热点。
[0003]目前，固体激光技术所见报道的技术路线主要有光学参量振荡器、光纤激光器以及全固态激光器。其中，最为成熟的技术路线是光学参量振荡器，但在此技术路线中，中红外激光属于闲置光，转换效率较低。由于石英玻璃在3μπι波段透过率低，光纤激光器只能选择声子能量低的基质(比如氟化物)，所以3μπι波段光纤激光器比较脆弱，损伤阈值低，不利于脉冲激光运转。全固态激光器直接产生3μπι波段激光输出，典型的激活离子主要有Er3+、Ho3+、Dy3+，但目前同中红外波段激光相比，其输出功率和转换效率都远远偏低，这主要是因为此技术路线本身的量子效率较低，理想的中红外波段激光介质也比较少。同时，从典型的3μπι激光激活离子Ho3+能级图可以看出，请参见附图中的图1，产生3μπι激光的下能级5I7距离基态能级较远，并且其下级寿命较长，通常要长于其激光上能级，即(5I7)X5I6),这大幅度地增加了产生3μπι激光的难度，抬高了其抽运阈值，影响转换效率。因此，采用传统的抽运方式下难以获得高效、高功率3μι激光输出。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种中红外固体激光器及获得3μπι波段中红外激光的方法，运用“双向抽运”的新技术路径，能够实现高效率、高质量的3μπι波段中红外激光输出。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]—种中红外固体激光器，包括激光器一，所述激光器一包括激光晶体、前腔镜和后腔镜，所述中红外固体激光器还包括激光器二，所述激光器二和激光器一的结构相同，在所述激光器二中，所述激光晶体表面镀有1.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔镜表面镀有1.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，所述激光器一在后腔镜和激光晶体之间设置有激光反射镜，从所述激光器二输出的激光经所述激光反射镜的反射进入激光器一的激光晶体中。
[0007]进一步，在所述激光器一中，所述激光晶体表面镀有1.15μπι、2.Ιμπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔镜表面镀有1.15μπι激光高透膜和2.9μπι激光高反膜，所述前腔镜表面镀有
2.Ιμπι激光高透膜。
[0008]进一步，所述激光晶体设置为板条或块状结构，长度为10mm-30mm，宽度为3mm，厚度为 lmm-1.2mm。
[0009]进一步，所述激光晶体的晶体基质设置为氟化物或过氧化物。
[0010]进一步，所述激光晶体设置为掺钬激光晶体或掺镝激光晶体。
[0011]进一步，所述前腔镜、后腔镜和激光反射镜均为平平镜。
[0012]进一步，所述激光反射镜与激光器一中的激光晶体呈45°夹角设置。
[0013]进一步，所述激光晶体处设置有晶体冷却上热沉和晶体冷却下热沉，所述激光晶体设置在晶体冷却上热沉和晶体冷却下热沉之间，所述晶体冷却上热沉和晶体冷却下热沉均为紫铜材质制成，其内部通冷却液冷却。
[0014]进一步，所述中红外固体激光器的抽运源为激光二极管阵列或尾纤输出的激光二极管，其中心波长为1.15μηι。
[0015]本发明还提供一种利用上述中红外固体激光器获得3μπι波段中红外激光的方法，包括以下步骤:
[0016](I)向所述激光器一和激光器二中输入1.15μηι波长的抽运光；
[0017](2)在激光器一中，由于所述激光晶体表面镀有1.15μπι、2.Ιμπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔镜表面镀有I.15wii激光高透膜和2.9μπι激光高反膜，所述前腔镜表面镀有2.1μm激光高透膜，因此，1.15μπι抽运光从基态抽运到激光上能级，输出2.9μπι激光；
[0018](3)在激光器二中，由于所述激光晶体表面镀有1.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔镜表面镀有I.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，因此，激光器二输出2.Ιμπι的激光，2.1Mi的激光通过激光反射镜被导入激光器一并作为反向抽运光；
[0019](4)通过激光器一和激光器二的“双向抽运”，即可获得3μπι波段中红外激光。
[0020]本发明的工作原理:
[0021 ]所谓的“双向抽运”是针对3μπι激光离子下能级寿命比上能级寿命长导致3μπι激光输出困难的问题，采用两束抽运光对激光介质进行抽运，其中抽运光一将粒子从基态抽运到激光上能级，称为正向抽运;抽运光二的光子能量与激活离子下能级的能量基本相当，可以将激光下能级粒子抽运到基态，称为反向抽运，这样可以使粒子停留在下能级的时间大幅缩短，更容易实现3μπι激光的粒子数反转，降低抽运阈值，并且使激光上能级的反转粒子数可以更有效的转换为中红外激光输出，同时降低了激光发射过程中无辐射跃迀产生的废热，另外，由于抽运光二在此过程中几乎没有消耗(也可能得到放大)，3μπι激光的整体转换效率得到了提高，从而突破目前3μπι固体激光的技术瓶颈。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]本发明提供的中红外固体激光器包括激光器一和激光器二，所述激光器一和激光器二的结构相同，在所述激光器二中，所述激光晶体表面镀有I.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔镜表面镀有I.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，所述激光器一在后腔镜和激光晶体之间设置有激光反射镜，从所述激光器二输出的激光经所述激光反射镜的反射进入激光器一的激光晶体中，通过激光器一和激光器二的“双向抽运”，有效地缩短了粒子在3μπι激活离子下能级停留的时间，使激光器更容易达到粒子数反转，弥补了传统抽运方式在中红外激光技术中的劣势，实现低阈值、高效率的3μπι连续激光输出。
【附图说明】
[0024]图1是本发明涉及的Ho3+能级图；
[0025]图2是本发明的整体结构示意图；
[0026I图3是本发明的双向抽运原理示意图。
[0027]附图中:抽运源1、耦合准直透镜2、耦合聚焦透镜3、后腔镜4、激光晶体5、前腔镜6、晶体冷却上热沉7、晶体冷却下热沉8、激光反射镜9、激光器一 10、激光器二 20、第一抽运光30、第二抽运光40。
【具体实施方式】
[0028]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0029]实施例一:
[0030]如图2所示，一种中红外固体激光器，包括激光器一 10，所述激光器一 10包括抽运源1、耦合准直透镜2、耦合聚焦透镜3、后腔镜4、激光晶体5、前腔镜6、晶体冷却上热沉7、晶体冷却下热沉8，所述激光晶体5设置在晶体冷却上热沉7和晶体冷却下热沉8之间，所述晶体冷却上热沉7和晶体冷却下热沉8均为紫铜材质制成，其内部通冷却液冷却，所述晶体冷却上热沉7和晶体冷却下热沉8使激光晶体5得到了较大面积的冷却，改善了激光晶体5的热透镜效应，有利于产生高功率中红外激光，所述前腔镜6和后腔镜4与激光晶体5的端面平行设置，所述中红外固体激光器还包括激光器二 20，所述激光器一 10和激光器二 20的结构相同，在所述激光器一 10中，所述后腔镜4和激光晶体5之间设置有激光