一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，该系统包括泵浦光源、传输光纤、光纤输出接口、耦合透镜组、反射腔镜、耦合输出镜、拉曼晶体以及由激光晶体、可饱和吸收体和非掺杂晶体组成的键合晶体。可饱和吸收体采用从上至下厚度缓慢变化的结构可以在不同的位置获得不同的初始透过率，当泵浦光源上下移动或者键合晶体上下移动时，激光穿过不同厚度的可饱和吸收体，基频激光会被调节为脉冲能量不同的脉冲激光，并进而通过拉曼晶体实现脉冲能量可调的拉曼激光输出。本发明专利技术的优点在于能克服常规被动调Q系统脉冲能量无法调整的缺点，并能够针对拉曼晶体选择最佳的脉冲能量，实现高效的拉曼激光输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光调制技术和激光变频
，特别涉及一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统。
技术介绍
拉曼移频技术是对激光进行波长变换的重要手段，能够拓展激光的波长范围，制作更多适合各种应用的激光光源。目前，拉曼激光系统主要有连续输出，主动调Q输出以及被动调Q输出三种方式。在连续输出方式中拉曼光的瞬态光强与泵浦瞬态光强成正比，而连续工作方式的泵浦光由于没有像调Q输出方式那样能够实现上能级离子的充分积累，其瞬时光强普遍偏低。因此，为了保证拉曼光的有效产生，系统对谐振腔镜的镀膜要求非常高以尽量减少基频光和拉曼光的往返损耗。尽管连续输出方式结构更为简单，但实现难度却很大。而对于调Q脉冲输出方式的拉曼激光而言，其在不考虑基频光能量损耗的情况下，瞬态的拉曼增益系数与泵浦脉冲能量成正比，脉冲能量越大，其增益系数越高。主动调Q方式(包括声光调Q和电光调Q方式)能够获得峰值功率高的脉冲输出，且脉冲的重复频率和脉冲宽度能够通过Q开关进行调节，但调Q开关体积庞大，价格昂贵，并需要外置电源供电。而被动调Q方式尽管在不需要外置电源的方式下通过插入可饱和吸收体10来获得Q脉冲输出，但是其脉冲的重复频率和脉冲宽度是固定的(根据可饱和吸收体10自身的初始透过率决定)，因而无法实现对脉冲能量的调节。综上所述，为了克服被动调Q方式其脉冲能量无法调节的缺点，充分发挥其优势，亟待提出一种脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服被动调Q拉曼系统无法实现脉冲能量调节的缺点，并致力于通过调节适合的脉冲能量获得高效率的拉曼激光输出，提供了一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，并提供了一种通过制作特定形状的可饱和吸收体并对其进行移动，进而在被动调Q系统中实现对激光脉冲能量的调节。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，包括泵浦光源1、传输光纤2、耦合透镜组4、键合晶体6、拉曼晶体7以及由反射腔镜5和耦合输出镜8组成的激光谐振腔；所述键合晶体6包括激光晶体9、可饱和吸收体10和非掺杂晶体11，三者拥有相同的晶体基质并依次结合在一起；所述反射腔镜5与所述耦合输出镜8平行设置；所述键合晶体6与所述拉曼晶体7位于同一直线上，并垂直设置于所述反射腔镜5与所述耦合输出镜8之间；通过所述泵浦光源1产生泵浦激光，经由与其相连的所述传输光纤2的光纤输出接口3输出，并通过所述耦合透镜组4经所述反射腔镜5聚焦到键合晶体6上，所述键合晶体6产生的自发辐射在所述反射腔镜5和所述耦合输出镜8来回振荡，形成被动调Q的基频激光，基频激光在所述反射腔镜5和所述耦合输出镜8构成的激光谐振腔内反复通过所述拉曼晶体7，不断转化为拉曼激光，并最终由所述耦合输出镜8输出。进一步地，所述泵浦光源1或者所述键合晶体6支持上下移动，使泵浦光能够照射到所述键合晶体6的不同位置，从而使所产生的基频激光能够穿过不同厚度的所述可饱和吸收体10，进而被调制为不同能量的调Q脉冲。进一步地，所述泵浦光源1为半导体光纤激光器，激光输出后将耦合到所述传输光纤2中，并通过光纤输出接口3进行输出，所述泵浦光源1的输出波长根据泵浦激光晶体的成分进行选择。进一步地，所述耦合透镜组4具有双面镀膜，使之能够对泵浦光进行增透。进一步地，所述反射腔镜5及所述耦合输出镜8为平面镜或者平凹镜，其两者距离L1根据两者的曲率半径及键合晶体热透镜的曲率半径按ABCD矩阵原理进行计算获得，保证所述激光谐振腔能够工作在稳定区域，即符合|A+D|≤1/2的条件。进一步地，所述反射腔镜5及所述耦合输出镜8均进行光学镀膜，所述反射腔镜5对泵浦光增透，其透射率大于99.9％，对基频激光及拉曼激光全反，其反射率大于99.9％；所述耦合输出镜8对基频激光全反，其反射率大于99.9％，对拉曼激光则为部分反射。进一步地，所述激光晶体9、所述可饱和吸收体10和所述非掺杂晶体11依次由热键合技术结合在一起形成所述所述键合晶体6；所述键合晶体6的两端面进行镀膜，保证所述键合晶体6对基频激光和拉曼激光高透，其透射率大于99.9％。进一步地，所述激光晶体9为掺杂稀土元素的晶体，所述可饱和吸收体10为掺杂铬(Cr)或者钒(V)的晶体，所述非掺杂晶体11为与所述激光晶体9和所述可饱和吸收体10基质相同的晶体。进一步地，所述拉曼晶体7是拥有拉曼效应的晶体，其两端面进行镀膜，保证所述拉曼晶体7对基频激光和拉曼激光高透，其透射率均大于99.9％。进一步地，所述可饱和吸收体10为从上至下厚度缓慢变化的结构，该结构选为梯形、倒三角形或者直角三角形。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术能够在被动调Q的激光系统中实现对输出的激光脉冲能量的调节，克服了过往被动调Q系统无法进行调节的缺点。2、本专利技术能够通过调节系统的脉冲能量，选择出效率最高的拉曼激光输出所对应的激光脉冲能量，进而实现系统的最优化。3、本专利技术拥有被动调Q拉曼激光系统建构紧凑、系统稳定、造价低廉等突出优点，又同时具备脉冲能量可调节的特殊优势，能够很好的替代价格昂贵、系统复杂庞大的主动调Q拉曼激光系统。4、本专利技术采用三段键合的形式进一步优化了激光系统的结构，并采用非掺杂晶体11来对热量较大的可饱和吸收体10进行散热，提高了系统的性能。附图说明图1是本专利技术中公开的一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统的结构示意图；图2是本专利技术系统中键合晶体结构图；图3是本专利技术系统中可饱和吸收体10可采用的结构示意图；图4是本专利技术系统中所采用的激光谐振腔结构图；图5是本专利技术系统中所采用的键合晶体以及其调节脉冲能量的原理的示意图；图6是本专利技术系统中测量的输出激光光谱曲线图；图7是本专利技术系统输出的拉曼激光功率与泵浦功率的关系图；图8是本专利技术系统输出光的拉曼波长的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一如图1所示，本实施例中一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，该系统包括泵浦光源1、传输光纤2、光纤输出接口3、耦合透镜组4、由反射腔镜5和耦合输出镜8组成的激光谐振腔、拉曼晶体7以及由激光晶体9、可饱和吸收体10和非掺杂晶体11组成的键合晶体6；所述激光晶体9、所述可饱和吸收体10和所述非掺杂晶体11依次由热键合技术结合在一起形成所述所述键合晶体6。所述反射腔镜5与所述耦合输出镜8平行设置；所述键合晶体6与所述拉曼晶体7位于同一直线上，并垂直设置于所述反射腔镜5与所述耦合输出镜8之间，保证腔内谐振的激光能够垂直穿过这些器件的表面进行传播。所述键合晶体6位于反射腔镜5之后，位于拉曼晶体7之前。所述拉曼晶体7位于键合晶体6之后，位于耦合输出镜8之前。通过所述泵浦光源1产生泵浦激光，经由与其相连的所述传输光纤2的光纤输出接口3输出，并通过所述耦合透镜组4经所述反射腔镜5聚焦到键合晶体6上，所述键合晶体6产生的自发辐射在所述反射腔镜5和所述耦合输出镜8来回振荡，形成被动调Q的基频激光，基频激光在所述反射腔镜5和所述耦合输出镜8构成的激光谐振腔内反复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，其特征在于，包括泵浦光源(1)、传输光纤(2)、耦合透镜组(4)、键合晶体(6)、拉曼晶体(7)以及由反射腔镜(5)和耦合输出镜(8)组成的激光谐振腔；所述键合晶体(6)包括激光晶体(9)、可饱和吸收体(10)和非掺杂晶体(11)，三者拥有相同的晶体基质并依次结合在一起；所述反射腔镜(5)与所述耦合输出镜(8)平行设置；所述键合晶体(6)与所述拉曼晶体(7)位于同一直线上，并垂直设置于所述反射腔镜(5)与所述耦合输出镜(8)之间；通过所述泵浦光源(1)产生泵浦激光，经由与其相连的所述传输光纤(2)的光纤输出接口(3)输出，并通过所述耦合透镜组(4)经所述反射腔镜(5)聚焦到键合晶体(6)上，所述键合晶体(6)产生的自发辐射在所述反射腔镜(5)和所述耦合输出镜(8)来回振荡，形成被动调Q的基频激光，基频激光在所述反射腔镜(5)和所述耦合输出镜(8)构成的激光谐振腔内反复通过所述拉曼晶体(7)，不断转化为拉曼激光，并最终由所述耦合输出镜(8)输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，其特征在于，包括泵浦光源(1)、传输光纤(2)、耦合透镜组(4)、键合晶体(6)、拉曼晶体(7)以及由反射腔镜(5)和耦合输出镜(8)组成的激光谐振腔；所述键合晶体(6)包括激光晶体(9)、可饱和吸收体(10)和非掺杂晶体(11)，三者拥有相同的晶体基质并依次结合在一起；所述反射腔镜(5)与所述耦合输出镜(8)平行设置；所述键合晶体(6)与所述拉曼晶体(7)位于同一直线上，并垂直设置于所述反射腔镜(5)与所述耦合输出镜(8)之间；通过所述泵浦光源(1)产生泵浦激光，经由与其相连的所述传输光纤(2)的光纤输出接口(3)输出，并通过所述耦合透镜组(4)经所述反射腔镜(5)聚焦到键合晶体(6)上，所述键合晶体(6)产生的自发辐射在所述反射腔镜(5)和所述耦合输出镜(8)来回振荡，形成被动调Q的基频激光，基频激光在所述反射腔镜(5)和所述耦合输出镜(8)构成的激光谐振腔内反复通过所述拉曼晶体(7)，不断转化为拉曼激光，并最终由所述耦合输出镜(8)输出。2.根据权利要求1所述的一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，其特征在于，所述泵浦光源(1)或者所述键合晶体(6)支持上下移动，使泵浦光能够照射到所述键合晶体(6)的不同位置，从而使所产生的基频激光能够穿过不同厚度的所述可饱和吸收体(10)，进而被调制为不同能量的调Q脉冲。3.根据权利要求1所述的一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，其特征在于，所述泵浦光源(1)为半导体光纤激光器，激光输出后将耦合到所述传输光纤(2)中，并通过光纤输出接口(3)进行输出，所述泵浦光源(1)的输出波长根据泵浦激光晶体的成分进行选择。4.根据权利要求1所述的一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调Q拉曼激光系统，其特征在于，所述耦合透镜组(4)具有双面镀膜，使之能够对泵浦光进行增透。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱思祁，江炜，陈振强，尹浩，李真，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44