一种基于激光照射产生宽波段白光的光源系统

1.本发明涉及激光器领域，具体涉及一种基于激光照射产生宽波段白光的光源系统。


背景技术：

2.自固体激光技术发展以来，研究人员一直在探索高品质的激光工作物质，同时为了提升激光输出能量，在谐振腔内加入调q材料，以获得高重频、窄脉宽、高的单脉冲能量的激光。在被动调q固体激光器中，掺cr
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晶体具有成本低、脉宽较窄、损伤阈值高、热稳定性好、掺杂浓度高、吸收截面大、寿命长等优势而被广泛应用。然而，高质量的cr
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：yag晶体的激光效率不高于10％，表明这些晶体中存在另一种未知的能量损耗过程，激光诱导白光发射就是其中的一种。
3.在获得白光输出中，公开号为cn110791291a的专利公开了一种磷硅酸盐白光发射荧光粉的合成方法，该方法通过离子之间的能量传递，在宽紫外激发范围内制备得到了磷硅酸盐白光发射荧光粉，然而该方法采用的是宽波段紫外激发获得宽波段白光输出，若采用一种窄脉冲宽度的激光便能实现宽波段白光发射，则具有重要意义。论文(chaikam,strek w.laser induced broad band white emission from transparent cr
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：yag ceramics:origin of broadband emission[j].journal ofluminescence,2021.)中提出，用红外激光二极管聚焦连续光束照射透明cr
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：yag陶瓷，观察到激光诱导的白光发射，然而白光的衰减时间相对较快，激光诱导白光发射直至激光产生20s后才出现，且衰减时间为3～9ms，表现出了不稳定性，白光强度值随着时间的推移而减小，在0.8s后几乎消失，上升时间为3～15ms。因此，以上利用激光诱导产生白光的技术存在缺陷，需要改进。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种基于激光照射产生宽波段白光的光源系统，该系统能够在持续的脉冲激光高功率密度照射下，实现高强度、连续性的宽波段白光输出。
[0005]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于激光照射产生宽波段白光的光源系统，包括泵浦源、谐振腔、激光汇聚系统和真空振荡腔；所述谐振腔包括在谐振腔体中相对布置的全反镜、输出镜以及设置在全反镜与输出镜之间的端面泵浦激光工作介质和调q材料；所述激光汇聚系统为一对聚焦透镜；所述真空振荡腔放置在激光汇聚系统后，真空振荡腔包括真空柱体和设置在真空柱体内的陶瓷材料；
[0006]
所述激光工作介质为nd
3+
：yag、nd
3+
：yvo4、nd
3+
：gdvo4中的一种陶瓷或晶体；调q材料和陶瓷材料均为cr
4+
：yag的陶瓷或单晶，掺杂浓度比为1：(1
‑
4)；
[0007]
泵浦源产生的泵浦光入射至全反镜，透过的泵浦光从端面入射至激光工作介质，激光工作介质通过受激辐射产生激光从端面入射至调q材料，调q材料产生脉冲激光并在谐振腔内振荡，最后从输出镜输出；激光汇聚系统对输出镜输出的脉冲激光进行汇聚后入射至陶瓷材料上产生宽波段白光。
[0008]
进一步的，真空柱体靠近激光汇聚系统的侧壁内表面镀对所需波段脉冲激光高反的介质膜，侧壁外表面镀对所需波段脉冲激光高透的介质膜。
[0009]
优选的，真空柱体靠近激光汇聚系统的侧壁距离激光汇聚系统的激光汇聚焦点处1
‑
5mm，真空柱体的真空度为10～90％。
[0010]
优选的，激光工作介质的输出波长为1064nm；聚焦透镜的焦距比例为1：(1
‑
10)。
[0011]
优选的，激光汇聚系统对输出镜输出的脉冲激光进行汇聚后照射在陶瓷材料的抛光面，陶瓷材料的抛光面上的激光入射与反射之间的角度为15
‑
700。
[0012]
优选的，所述全反镜为平面镜、平凸镜或平凹镜中的一种，朝向输出镜的一侧镀对所需波段脉冲激光高反的介质膜，朝向泵浦源的一侧镀对泵浦光的高透介质膜；所述输出镜为平面镜、平凸镜或平凹镜中的一种，镀对所需波段脉冲激光的高反膜，或者所需波段脉冲激光的部分反射、部分透过的介质膜。
[0013]
优选的，泵浦源为波长808nm的半导体激光器或者光纤激光器。
[0014]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0015]
本发明通过采用被动调q的方式，提高了激光峰值功率，同时将照射真空柱体内的激光通过汇聚透镜再次汇聚照射真空柱体内的陶瓷材料，充分提高了辐照强度，极大的降低了激光诱导产生宽波段白光的阈值；另外，将真空柱体内镀相应的反射膜和透射膜，能够在更短的时间内探测到白光，有效促进价间电荷转移效应，让真空柱体内陶瓷材料的同一点能同时并多次被激光照射，从而实现高强度、连续性的宽波段白光输出；本发明产生宽波段白光的波长范围为400
‑
1050nm，白光持续时间在10
‑
18ms，最高强度为88～92。
附图说明
[0016]
图1为本发明系统结构示意图；
[0017]
图2为探测出的白光光谱图；
[0018]
图中，1、泵浦源，2、调q材料，3、激光工作介质，4、全反镜，5、输出镜，6、谐振腔，7、激光汇聚系统，8、陶瓷材料，9、真空柱体，10、侧壁，11、真空振荡腔，12、探测器。
具体实施方式
[0019]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0020]
如图1所示，本发明提供一种基于激光照射产生宽波段白光的光源系统，包括泵浦源1、谐振腔6、激光汇聚系统7和真空振荡腔11；所述谐振腔6包括在谐振腔体中相对布置的全反镜4、输出镜5以及设置在全反镜4与输出镜5之间的端面泵浦激光工作介质3和调q材料2；所述激光汇聚系统7为一对聚焦透镜；所述真空振荡腔11放置在激光汇聚系统7后，真空振荡腔11包括真空柱体9和设置在真空柱体9内的陶瓷材料8；所述激光工作介质3为nd
3+
：yag、nd
3+
：yvo4、nd
3+
：gdvo4中的一种陶瓷或晶体；调q材料2和陶瓷材料8均为cr
4+
：yag的陶瓷或单晶，掺杂浓度比为1：(1
‑
4)；
[0021]
泵浦源1产生的泵浦光入射至全反镜4，透过的泵浦光从端面入射至激光工作介质3，激光工作介质3通过受激辐射产生激光从端面入射至调q材料2，调q材料2产生脉冲激光并在谐振腔6内振荡，最后从输出镜5输出；激光汇聚系统7对输出镜5输出的脉冲激光进行汇聚后入射至陶瓷材料8上产生宽波段白光，并用探测器12测得。
[0022]
由于脉冲激光入射进入真空柱体9内后，有部分光没有被陶瓷材料8吸收，反射出来照射到真空柱体9的侧壁10上，为了使激光得到高效利用，真空柱体9靠近激光汇聚系统7的侧壁10内表面镀对所需波段脉冲激光高反的介质膜，通过镀膜使得光线再一次反射照射到陶瓷材料8上，使得陶瓷材料8的同一点能同时并多次被激光照射，从而实现高强度、连续性的宽波段白光输出；为了降低损耗，侧壁10外表面镀对所需波段脉冲激光高透的介质膜。
[0023]
考虑到光斑半径对产生白光的时间有影响，为了缩小光斑半径，进一步使光束聚焦，本发明采用掺nd
3+
离子的激光工作介质3的输出1064nm激光，聚焦透镜的焦距比例为1：(1
‑
10)，真空柱体9靠近激光汇聚系统7的侧壁10距离激光汇聚系统7的激光汇聚焦点处1
‑
5mm，真空柱体9的真空度为10～90％。
[0024]
为了保证更好的激光反射，采用激光汇聚系统7对输出镜5输出的脉冲激光进行汇聚后照射在陶瓷材料8的抛光面，陶瓷材料8的抛光面上的激光入射与反射之间的角度为15
‑
700。
[0025]
为了实现脉冲激光的振荡，所述全反镜4为平面镜、平凸镜或平凹镜中的一种，朝向谐振腔6内一侧镀对所需波段脉冲激光高反的介质膜，另一侧镀对泵浦光的高透介质膜；所述输出镜5为平面镜、平凸镜或平凹镜中的一种，镀对所需波段脉冲激光的高反膜，或者所需脉冲激光波段的部分反射、部分透过的介质膜。
[0026]
由于掺nd
3+
的激光工作介质3的最强吸收带在808nm，因此采用泵浦源1为波长808nm的半导体激光器或者光纤激光器。
[0027]
利用上述的激光器装置对产生激光诱导白光发射进行了实验模拟：
[0028]
实施例1：当使用的激光工作介质的为nd
3+
：yag，调q材料为cr
4+
：yag陶瓷，产生1064nm脉冲激光，透镜汇聚比为1：1，焦距分别为f＝25mm(准直)，f＝25mm(聚焦)汇聚光照射真空柱体9内的陶瓷材料8，真空柱体9靠近激光汇聚系统7的侧壁10的位置距离汇聚光焦点处1mm，真空柱体9的真空度为10％，调q材料2和陶瓷材料8均为cr
4+
：yag陶瓷，用作调q材料2的cr
4+
：yag陶瓷中cr
4+
的掺杂浓度为0.05at.％，用作白光发射的陶瓷材料8的cr
4+
：yag陶瓷中cr
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的掺杂浓度为0.05at.％，浓度比为1：1，陶瓷材料8的面上一点处，激光入射与反射之间的角度为150，使用以上装置设计实现1064nm脉冲激光诱导，产生如图2所示的宽波段白光输出。波长范围为400～960nm，持续时间10ms，最高强度为87。
[0029]
实施例2：当使用的激光工作介质的为nd
3+
：yvo4，调q材料为cr
4+
：yag陶瓷，产生1064nm脉冲激光，透镜汇聚比为1：5，焦距分别为f＝25mm(准直)，f＝125mm(聚焦)，汇聚光照射真空柱体9内的陶瓷材料8，真空柱体9靠近激光汇聚系统7的侧壁10的位置距离汇聚光焦点处2.5mm，真空柱体9的真空度为45％，调q材料2和陶瓷材料8均为cr
4+
：yag陶瓷，用作调q材料2的cr
4+
：yag陶瓷中cr
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的掺杂浓度为0.05at.％，用作白光发射的陶瓷材料8的cr
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：yag陶瓷中cr
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的掺杂浓度为0.1at.％，浓度比为1：2，陶瓷材料8的面上一点处，激光入射与反射之间的角度为350，使用以上装置设计实现1064nm脉冲激光诱导，产生如图2所示的宽波段白光输出。波长范围为400～1050nm，持续时间18ms，最高强度为92。
[0030]
实施例3：当使用的激光工作介质的为nd
3+
：gdvo4，调q材料为cr
4+
：yag陶瓷，产生1064nm脉冲激光，透镜汇聚比为1：10，焦距分别为f＝25mm(准直)，f＝250mm(聚焦)，汇聚光照射真空柱体9内的陶瓷材料8，真空柱体9靠近激光汇聚系统7的侧壁10的位置距离汇聚光焦点处5mm，真空柱体9的真空度为90％，调q材料2和陶瓷材料8均为cr
4+
：yag陶瓷，用作调q
材料2的cr
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：yag陶瓷中cr
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的掺杂浓度为0.05at.％，用作白光发射的陶瓷材料8的cr
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：yag陶瓷中cr
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的掺杂浓度为0.2at.％，浓度比为1：4，陶瓷材料8的面上一点处，激光入射与反射之间的角度为700，使用以上装置设计实现1064nm脉冲激光诱导，产生如图2所示的宽波段白光输出。波长范围为400～900nm，持续时间12ms，最高强度为88。
[0031]
通过比较发现实施例2在激光产生后较短时间内就能探测到白光发射，且产生的白光发射强度最强，持续时间为之前的两倍左右，稳定性较好。