铥钬双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法技术

本发明专利技术提供铥钬双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法，包括：铥钬双掺激光增益介质，泵浦源；所述铥钬双掺激光增益介质包括：掺杂浓度为0.01at.%-1at.%的钬离子，和满足钬铥离子掺杂浓度比1:5-1:80的铥离子；所述泵浦源用于为所述铥钬双掺激光增益介质提供泵浦能量；所述激光器根据所述铥钬双掺激光增益介质的铥钬离子掺杂浓度比，采用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术调控输出波长。本发明专利技术的波长调谐机制独特，能够实现新波长输出，并扩展波长调节范围，实现1.95-2.13μm基本可连续调谐激光输出，结构简单，稳定性好，能够很好地满足应用需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，包括：铥钬双掺激光增益介质，泵浦源；所述铥钬双掺激光增益介质包括：掺杂浓度为0.01at.%-1at.%的钬离子，和满足钬铥离子掺杂浓度比1:5-1:80的铥离子；所述泵浦源用于为所述铥钬双掺激光增益介质提供泵浦能量；所述激光器根据所述铥钬双掺激光增益介质的铥钬离子掺杂浓度比，采用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术调控输出波长。本专利技术的波长调谐机制独特，能够实现新波长输出，并扩展波长调节范围，实现1.95-2.13μm基本可连续调谐激光输出，结构简单，稳定性好，能够很好地满足应用需求。【专利说明】
本专利技术涉及全固态激光器领域，尤其涉及铥钦双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法。
技术介绍
铥(Tm)和铥敏化的钦(Ho)激光器的输出波长在2 μ m附近区域，该激光波段在相干雷达系统、遥控传感系统和医疗领域存在重要应用价值。单纯掺铥的增益介质，可以产生2μ m的激光辐射；铥钦双掺的增益介质中，铥离子吸收泵浦辐射，将能量传递到钦离子，输出钦的辐射波长，从而扩展波长范围，满足应用需求。现有铥钦双掺激光器输出波长调控技术主要为:输出耦合率调控输出波长，或选频元件选频。其中输出耦合镜调控波长技术，采用不同输出耦合率的输出镜调控腔内损耗以及重吸收过程，从而实现波长调控。选频元件选频技术，采用选频元件，如标准具，调谐波长。但是，以上这两种技术最大的不足之处在于，激光器仅能输出特定波长或者在该特定波长附近小范围调谐，可实现的输出波长有限且调谐范围小。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供铥钦双掺激光器、激光增益介质和波长调控方法，以解决现有技术中可输出的波长有限的技术问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种波长可调控的铥钦双掺激光器，包括:铥钦双掺激光增益介质和泵浦源；所述铥钦双掺激光增益介质包括:掺杂浓度为0.0lat.%-lat.%的钦离子，和满足钦铥离子掺杂浓度比1:5-1:80的铥离子；所述泵浦源用于为所述铥钦双掺激光增益介质提供泵浦能量；所述激光器用于根据所述铥钦双掺激光增益介质的铥钦离子掺杂浓度比，采用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术调控输出波长。进一步地，所述铥钦双掺激光增益介质为:铥钦离子均匀掺杂的激光增益介质；或，铥钦双掺复合材料激光增益介质；所述铥钦双掺复合材料激光增益介质结构包括:铥钦离子均匀掺杂材料通光端面的一面或两面组合未掺杂的基质材料；或，铥钦离子均匀掺杂材料通光端面的一面或两面组合非线性晶体材料；所述基质材料为:钇铝石榴石、氟化锂钇、钒酸钆、铝酸钇、钒酸钇中的一种或多种。进一步地，所述铥钦双掺激光增益介质为:掺杂功能性离子的铥钦双掺激光增益介质。进一步地，所述功能性离子为:铬。进一步地，所述钱钦双掺激光增益介质为:棒状、板条状、或块状；和/或，所述铥钦双掺激光器的工作方式为:连续运转、准连续运转或脉冲运转；和/或，所述铥钦双掺激光器的泵浦方式为:侧面泵浦，端面泵浦，或大面泵浦。进一步地，所述激光器还包括:激光谐振腔，用于实现激光振荡，所述铥钦双掺激光增益介质置于所述激光谐振腔内；和/或，放大光学结构，用于实现激光放大或者再生放大，所述铥钦双掺激光增益介质置于放大光学结构内；和/或，热管理系统，用于为所述激光器提供有效热管理和固定支撑。另一方面，本专利技术还提供一种铥钦双掺激光增益介质，包括:掺杂浓度为0.0lat.%-lat.%的钦离子，和满足钦铥离子掺杂浓度比1:5-1:80的铥离子，用于接收和转移泵浦源的泵浦能量，输出可调控波长范围为1.95-2.13 μ m的激光。进一步地，所述铥钦双掺激光增益介质用于固体激光器，光纤激光器，波导激光器。再一方面，本专利技术还提供一种波长可调控的铥钦双掺激光器输出波长调节方法，所述方法为:采用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术控制激光器输出波长；具体包括:利用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术，即利用控制铥钦两种稀土离子掺杂浓度比，调控铥钦双掺增益介质中离子间各种能量转移过程的能量传递速率以及离子斯塔克精细能级结构，控制产生粒子数聚集的能级，结合辅助激光器结构设计即可调控激光器输出波长，该技术还可调控激光器增益介质的热分布，提高光束质量以及激光器输出效率；其调控机制为:铥钦双掺增益介质中，掺杂离子吸收780_789nm附近泵浦能量，处于激发态能级的电子通过辐射跃迁过程，或者碰撞、共振等无辐射跃迁过程实现掺杂离子间能量转移；铥钦掺杂浓度比不同，激光增益介质中能态密度、离子间距、能级寿命等因素不同，所述离子间各种能量转移过程的增益损耗比不同，能量传递速率不同，产生粒子数聚集的能级不同，从而输出波长不同，可实现波长调控；同时，掺杂离子浓度不同，离子间作用强度不同，斯塔克能级分裂数目，能隙以及位移不同，精细结构不同，可实现波长精细调节；结合辅助激光器结构设计调节辐射激光增益系数以及损耗系数即可调控激光器输出波长。进一步地，所述铥钦双掺激光器输出波长调节方法用于固体激光器，光纤激光器，波导激光器。(三)有益效果可见，在本专利技术提供的铥钦双掺激光器、激光增益介质和波长调节方法中，能够利用增益损耗比自适应控制能量转移波长调控技术，即利用控制铥钦两种稀土离子的特殊掺杂浓度比，来调控铥钦双掺增益介质中离子间各种能量转移过程的能量传递速率以及离子斯塔克精细能级结构，从而控制产生粒子数聚集的能级，结合辅助激光器结构设计以调控激光器输出波长，该技术还可调控激光器增益介质的热分布，提高光束质量以及激光器输出效率。本专利技术的波长调谐机制独特，能够实现新波长输出，并扩展波长调节范围，以实现从1.95 μ m至2.13 μ m范围的基本可连续调谐激光输出，结构简单，稳定性好，能够很好地满足应用需求。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1铥钦双掺激光器的基本结构示意图；图2是本专利技术实施例1铥离子的斯塔克精细能级结构示意图；图3是本专利技术实施例1钦离子的斯塔克精细能级结构示意图；图4是本专利技术实施例1离子间的能量转移示意图；图5是本专利技术实施例1铥钦双掺激光器的优选结构示意图；图6是本专利技术实施例2铥钦双掺激光器的结构示意图；图7是本专利技术实施例2侧面激光泵浦模块的横截面结构示意图；图8是本专利技术实施例3的铥钦双掺激光增益介质切割形状示意图；图9是本专利技术实施例3铥钦双掺激光器的结构示意图；图10是本专利技术实施例4制作的板条准连续激光放大器结构图。【具体实施方式】为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1:本专利技术实施例1提供一种波长可调控的铥钦双掺激光器，参见图1，包括:铥钦双掺激光增益介质I和泵浦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭钦军，薄勇，杜仕峰，王志超，宗楠，申玉，许祖彦，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：