一种1.55μm波段激光器及其应用

本申请涉及一种1.55μm波段激光器及其应用，属于激光器领域。

背景技术：

1、1.55μm波段人眼安全激光在空间通信、空中对水下通信、遥感、引信、目标指示、测距测高、成像等方面具有十分广阔的应用前景。目前技术条件下，采用0.98μm波段半导体激光泵浦er3+/yb3+双掺晶体是一种较为理想的获得可满足上述应用的1.55μm全固态激光的方法。yb3+/er3+掺杂晶体1.55μm波段激光运转机制是：yb3+通过共振能量传递(et)的方式，将吸收的泵浦能量传递给er3+,使其从基态4i15/2跃迁到4i11/2能级，然后处于该激发态的er3+再经无辐射跃迁快速弛豫到激光上能级4i13/2，实现粒子数反转。此种运行机制下由于泵浦能级不是激光下能级，量子亏损大，在激光运转时增益区域有至少37％的能量以热的形式散失并沉积到增益介质中，这一方面会增大激光上能级的无辐射跃迁几率，另一方面会在增益介质内部形成不均匀的温度分布，产生热应力及热透镜效应，影响激光器的光束质量，泵浦功率较高时甚至会损坏增益介质，因此対增益介质的物化性能及热管理要求较高。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题为：本发明目的在于提供一种1.55μm波段单晶光纤激光器件。

2、光纤具有导波效应，且表面积/体积比大，散热效果好。将物化性能好的晶体增益介质制成高质量激光单晶光纤，一方面可利用单晶光纤良好的散热特性，简化激光器件的热管理；另一方面，可将泵浦光束聚焦在晶体光纤内部，然后通过全内反射引导发散的光束沿单晶光纤长度重新聚焦并与激光束保持共线，形成波导效应，避免板条或薄碟片增益介质中出现的离轴像差，提高激光运转效率。因此，采用激光单晶光纤作为增益介质可获得满足应用需求的高平均功率、高重频、高脉冲能量及高光束质量的1.55μm激光。

3、为解决上述技术问题，本申请提供的技术方案：

4、根据本申请的一个方面，提供一种1.55μm波段激光器，包括泵浦源、依次设置在沿泵浦源出射光路上同轴设置的耦合透镜、输入镜、单晶光纤和输出镜；

5、所述单晶光纤为直线光纤；

6、所述单晶光纤靠近输入镜一端为输入端；

7、所述单晶光纤靠近输出镜一端为输出端；

8、所述泵浦源可产生970～985nm波段激光；

9、所述单晶光纤为er3+/yb3+：re2si2o7双掺单晶光纤。

10、所述单晶光纤的分子式为er2xyb2yre2(1-x-y)si2o7；

11、其中，er3+为激活离子，含量为0.1～5at％，即0.001≤x≤0.05；

12、yb3+为敏化离子，含量为0.5～15at％，即0.005≤y≤0.15；

13、re2si2o7为基质晶体，其中re选自sc3+、y3+、lu3+、gd3+或la3+中的至少一种；

14、所述基质晶体中掺杂有其它金属离子m；通过参加其它金属离子m进行改性以提高晶体质量。

15、所述其它金属离子m选自li+、na+、k+、cs+、mg2+、ca2+、al3+、ti4+、zr4+、hf4+、nb5+、ta5+中的至少一种。

16、所述耦合透镜设置于所述泵浦源和所述输入镜之间，用于将所述泵浦源的出射光聚焦在所述单晶光纤的输入端上。

17、所述单晶光纤的直径为0.1～1mm；

18、可选地，所述单晶光纤的长度为1cm～10cm；

19、可选地，所述单晶光纤的纵横比为10：1～100:1；

20、可选地，所述单晶光纤通过微下拉法制备；

21、可选地，所述单晶光纤通过体块状单晶磨削制备。

22、所述输入镜在980nm波长透过率t≥80％，在1.55微米波段透过率t≤1％；

23、优选地，所述输出镜在1.55μm波段透过率0.5≤t≤10％。

24、所述输入镜包括第一镜体和镀在所述第一镜体的入光面或出光面上的第一介质膜。

25、所述输出镜包括第二镜体和镀在所述第二镜体的入光面或出光面上的第二介质膜。

26、所述输入镜直接镀于单晶光纤接近泵浦源的一侧的端面上；

27、所述输出镜直接镀于单晶光纤远离泵浦源的一侧的端面上。

28、所述单晶光纤和输出镜之间设置有调q原件、锁模元件或1.55μm波段的波长调谐元件。

29、述输出镜直接镀于所述调q原件、锁模元件或1.55μm波段的波长调谐元件远离泵浦源一侧的端面上。

30、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的1.55μm波段激光器的应用，用于空间通信、空中对水下通信、遥感、引信、目标指示、测距测高或成像领域。

31、本申请能产生的有益效果包括：得益于er3+/yb3+:re2si2o7双掺单晶光纤优良的散热特性及泵浦波导效应，不利于激光器运转的热效应明显减弱且泵浦功率密度提高，因此可获得高平均功率、高重频、高脉冲能量及高光束质量的1.55μm波段激光，能够用于空间通信、空中对水下通信、遥感、引信、目标指示、测距测高或成像领域。

技术特征：

1.一种1.55μm波段激光器，其特征在于，包括泵浦源、依次沿泵浦源出射光路上同轴设置的耦合透镜、输入镜、单晶光纤和输出镜；

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，

10.一种权利要求1～9任一项所述的1.55μm波段激光器的应用，其特征在于，

技术总结
本申请公开了一种1.55μm波段激光器及其应用，沿光路方向依次包括泵浦源、耦合透镜、输入镜、单晶光纤和输出镜；单晶光纤为Er3+/Yb3+：RE2Si2O7双掺单晶光纤；其中，Er3+为激活离子，含量为0.1～5at％，Yb3+为敏化离子，含量为0.5～15at％，RE2Si2O7为基质晶体，其中RE选自Sc3+、Y3+、Lu3+、Gd3+或La3+中的至少一种。得益于光纤优良的散热特性及泵浦波导效应，热效应明显减弱且泵浦功率密度提高，可获得高平均功率、高重频、高脉冲能量及高光束质量的1.55μm波段激光，能够用于空间通信、空中对水下通信、遥感、引信、目标指示、测距测高或成像领域。

技术研发人员：龚兴红,黄艺东,陈雨金,黄建华,林炎富,罗遵度
受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15