调Q激光器制造技术

本申请公开了一种调Q激光器，包括第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔以及用于充当增益介质的第一Er晶体和用于充当调Q介质的第二Er晶体；第一Er晶体与第二Er晶体沿第一方向间隔设置在谐振腔内；第一泵浦源位于谐振腔外，用于对第一Er晶体进行泵浦；第二泵浦源位于谐振腔外，用于对第二Er晶体进行泵浦；其中，第一方向为第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向。本申请提供的调Q激光器可以产生2.7～3.0μm中红外波段的短脉冲高功率的铒激光，并且该铒激光的脉冲宽度和重复频率稳定、可控，且该激光器具有较长使用寿命。

q-switched laser

This application discloses a Q-switched laser, including a first pump source, a second pump source, a resonant cavity, a first Er crystal used as a gain medium and a second Er crystal used as a Q-switched medium; a first Er crystal and a second Er crystal are arranged in a resonant cavity at intervals along the first direction; a first pump source is located outside the resonant cavity for pumping the first Er crystal; and a second pump source is used for pumping the first Er crystal. It is located outside the resonator for pumping the second Er crystal, in which the first direction is the direction of the laser generated by the first Er crystal in the output process. The Q-switched laser provided in this application can generate short pulse high power Erbium laser in 2.7-3.0 um mid-infrared band. The pulse width and repetition frequency of the Erbium laser are stable and controllable, and the laser has a long service life.

【技术实现步骤摘要】
调Q激光器
本申请涉及一种调Q激光器，属于光学仪器

技术介绍
Er3+离子激活的2.7-3.0μm波长的中红外激光位于水分子的特征吸收波段，这个特点使得其在激光医疗、激光美容等方面均有着诱人的应用前景。目前市场上的铒激光器均属于连续或长脉冲激光运转，这种激光器会在作用于人体组织后在体内产生了大量的热堆积，进而导致高温热损伤。而短脉冲激光有足够的间隔时间给生物机体排除热量，减少由于热损伤造成的伤害。现阶段，通过调Q技术可以实现激光的短脉冲发射。Er激光的调Q技术主要分为主动调Q与被动调Q两种方式，主动调Q方式主要是采用机械、电光与声光Q开关，机械Q开关受制于发射多脉冲趋向的影响，噪声很大，其轴承的寿命短，经常需要维护。电光调Q由于需要高的电压驱动，容易导致强的电磁噪声与脉冲不稳定，同时工作于该波段的电光晶体也较难获得。而该波段声光调Q的调制深度过低，导致了其脉冲输出仅占其总输出的20％以内。这些因素限制了这类调Q技术在2.7-3.0μm波段的应用。而被动调Q方式在运转过程中，脉冲宽度与重复频率均随输出功率变化而改变，无法通过控制端获得可控的脉冲激光输出，在各种应用中均受到极大的限制。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种调Q激光器，该激光器可以产生2.7～3.0μm中红外波段的短脉冲高功率的铒激光，并且该铒激光的脉冲宽度和重复频率稳定、可控，而且该激光器具有较长使用寿命的，不需要经常维护。一种调Q激光器，包括第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔以及用于充当增益介质的第一Er晶体和用于充当调Q介质的第二Er晶体；所述第一Er晶体与第二Er晶体沿第一方向间隔设置在所述谐振腔内；所述第一泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第一Er晶体进行泵浦；所述第二泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第二Er晶体进行泵浦；其中，所述第一方向为所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向。可选的，所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向为直线，所述谐振腔包括第一输入镜和第一输出镜，所述第一输入镜和第一输出镜沿该直线方向分别设置在所述第一Er晶体和第二Er晶体的外端。可选的，所述第一输入镜和第一输出镜包括平面镜、平凹镜和平凸镜中的任意一种。可选的，所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向为折线。可选的，所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中沿夹角为90°的折线传播。可选的，所述谐振腔包括第二输入镜、第二输出镜以及平凹折叠镜，所述第二输入镜和第二输出镜沿该折线方向分别设置在所述第一Er晶体和第二Er晶体的外端，所述平凹折叠镜位于所述第一Er晶体和第二Er晶体之间以使第一Er晶体产生的激光的传播方向发生偏折。可选的，所述第二输入镜和第二输出镜包括平面镜、平凹镜和平凸镜中的任意一种。可选的，所述调Q激光器还包括第一光束耦合系统，所述第一光束耦合系统位于所述第一泵浦源与所述第一Er晶体之间以使所述第一泵浦源产生的激光在进入第一Er晶体之前产生汇聚效果。可选的，所述调Q激光器还包括第二光束耦合系统，所述第二光束耦合系统位于所述第二泵浦源与所述第二Er晶体之间以使所述第二泵浦源产生的激光在进入第二Er晶体之前产生汇聚或者平行效果。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的调Q激光器，实现了短脉冲高功率的2.7～3.0μm中红外波段Er激光稳定输出。2)本申请所提供的调Q激光器，通过利用第二Er晶体调节谐振腔内的Q值，从而实现了对2.7～3.0μm中红外波段Er激光的脉冲宽度和重复频率的控制。3)本申请所提供的调Q激光器，结构简单，便于各元件的相互配合，具有较长的使用寿命，不需要经常维护。4)本申请所提供的调Q激光器，调Q元件为第二Er晶体，该Er晶体容易制备，可以大范围的应用，并且也低了生产成本。附图说明图1为Er离子的能级结构示意图；图2为本申请中实施例2所提供的调Q激光器的结构示意图；图3为本申请中实施例3所提供的调Q激光器的结构示意图；图4为本申请中实施例4所提供的调Q激光器的结构示意图；图5为本申请中实施例5所提供的调Q激光器的结构示意图。部件和附图标记列表：101第一泵浦源；102第二泵浦源；200谐振腔；201第一输入镜；202第一输出镜；203第二输入镜；204第二输出镜；205平凹折叠镜；301第一Er晶体；302第二Er晶体；401第一光束耦合系统；402第二光束耦合系统。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。实施例1本实施例提供的调Q激光器，包括第一泵浦源101、第二泵浦源102、谐振腔200以及用于充当增益介质的第一Er晶体301和用于充当调Q介质的第二Er晶体302；第一Er晶体301与第二Er晶体302沿第一方向间隔设置在谐振腔200内；第一泵浦源101位于谐振腔200外，用于对第一Er晶体301进行泵浦；第二泵浦源102位于谐振腔200外，用于对第二Er晶体302进行泵浦；其中，第一方向为第一Er晶体301产生的激光在输出过程中的传播方向。具体的，Er3+能级为简单的准三能级结构，如图1所示，能级4I15/2、能级4I13/2，能级4I11/2，分别记作基态能级、第一能级、第二能级。Er3+由第二能级跃迁到第一能级时，辐射出2.7～3.0μm的激光，由第一能级跃迁至基态能级时，辐射出～1.55μm的激光。在本申请中，通过第一泵浦源101发出的激光使第一Er晶体301中大量的粒子由基态能级跃迁至第二能级实现粒子数反转，再由第二能级跃迁回第一能级产生2.7～3.0μm的中红外激光，并且在谐振腔200内插入第二Er晶体302作为调Q元件，采用第二泵浦源102发出的～1.55μm的激光作为光开关对其进行泵浦。具体来说，当抑制2.7～3.0μm激光输出时，开启第二泵浦源102对第二Er晶体302进行泵浦，使其中大量的粒子数跃迁至第一能级，从而对谐振腔200内的2.7～3.0μm激光产生自吸收，在谐振腔200内产生大量的损耗从而抑制了2.7～3.0μm激光输出；当需要2.7～3.0μm激光输出时，关闭第二泵浦源102，第二Er晶体302则不会对2.7～3.0μm激光产生吸收，此时便有2.7～3.0μm激光输出，即通过合理的控制实现了短脉冲的2.7～3.0μm激光输出。同时由于调Q元件中大量的粒子数通过自吸收也跃迁至第二能级，因此在～1.55μm激光关断的时候，其同时也能产生2.7～3.0μm的激光输出，协同腔内的激光晶体产生高峰值功率的输出，这使得该调Q元件在～1.55μm第二泵浦源102打开时作为谐振腔200高损元件，而在关断时产生2.7～3.0μm辐射输出，具备了双重作用。在本申请通过两个Er晶体，一块作为激光增益介质，一块作为调Q元件，通过～1.55μm激光作为光开关调控调Q元件的第一能级粒子数，从而调控腔内对2.7-3.0μm激光的损耗，最终实现短脉冲高功率的调Q激光输出。并且通过对～1.55μm激光的合理控制，即可实现对2.7-3.0μm输出激光的脉冲宽度和重复频率的稳定控制。本申请中，第一Er晶体301与第二Er晶体302为Er掺杂的晶体，其中，Er晶体的掺杂浓度可以根据需要调整。优选的，Er掺杂的晶体优选Er:YSGG晶体。本申请中，晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调Q激光器，其特征在于，包括第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔以及用于充当增益介质的第一Er晶体和用于充当调Q介质的第二Er晶体；所述第一Er晶体与第二Er晶体沿第一方向间隔设置在所述谐振腔内；所述第一泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第一Er晶体进行泵浦；所述第二泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第二Er晶体进行泵浦；其中，所述第一方向为所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向。

【技术特征摘要】
1.一种调Q激光器，其特征在于，包括第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔以及用于充当增益介质的第一Er晶体和用于充当调Q介质的第二Er晶体；所述第一Er晶体与第二Er晶体沿第一方向间隔设置在所述谐振腔内；所述第一泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第一Er晶体进行泵浦；所述第二泵浦源位于所述谐振腔外，用于对所述第二Er晶体进行泵浦；其中，所述第一方向为所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向。2.根据权利要求1所述的调Q激光器，其特征在于，所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向为直线，所述谐振腔包括第一输入镜和第一输出镜，所述第一输入镜和第一输出镜沿该直线方向分别设置在所述第一Er晶体和第二Er晶体的外端。3.根据权利要求2所述的调Q激光器，其特征在于，所述第一输入镜和第一输出镜包括平面镜、平凹镜和平凸镜中的任意一种。4.根据权利要求1所述的调Q激光器，其特征在于，所述第一Er晶体产生的激光在输出过程中的传播方向为折线。5.根据权利要求4所述的调Q激光器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：游振宇，涂朝阳，王燕，朱昭捷，李坚富，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35