一种高重频窄线宽调Q铒激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种高重频窄线宽调Q铒激光器，由包括种子激光器、激光放大器和电控温控单元构成。本发明专利技术具有重复频率高(kHz)、高能量（mJ）、激光脉宽窄（ns ）、窄线宽（pm）、输出功率稳定、光斑强度分布均匀等特点，可大大减小激光器的热效应，提高转换效率和重复频率，可获得高能量和高光束质量的2.79μm激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种高重频窄线宽调Q铒激光器
本专利技术涉及激光器领域，具体是一种高重频窄线宽调Q铒激光器。
技术介绍
中红外波段（2～2.6um，3～4um,4.5～5.5um）,近紫外、可见光和近红外波段（0.3～1.3um，1.5～1.8um）是光波段的大气窗口。铒激光晶体（Er:YSGG）可产生波长为2.79um的中红外波段的激光；虽然该波段不位于大气窗口内，但利用高峰值功率的此激光泵浦非线性晶体（ZnGeP2，AgGaS2，AgGaSe2，GaSe等）进行倍频、差频、和频、光学参量振荡，可实现光学波长的拓展和调谐。特别高峰值功率铒激光作为光学参量振荡的泵浦源，易获得3-5um以及8-14um的长波长激光。而后者激光在远距离的激光雷达领域有着重要的应用。在机载、星载激光雷达应用中，高重复频率有利于提高探测的分辨率、精度，高的峰值功率，高的单脉冲能量有利于提高非线性转换的效率，也有利于提高激光雷达的探测距离。因此高重频（kHz），高峰值功率（mJ级，ns级），窄线宽，高光学质量的2.79um的泵浦源有着极其重要的应用价值和战略意义。另外，水和羟基磷灰石对该波长激光的有效吸收。可将其用于眼角膜、牙齿和骨骼等软、硬组织的精准切削或消融，纳秒级的窄脉冲能减小激光对病灶周围正常组织的热损伤，是一种精准切削或消融的理想医用激光源。查阅相关文献，未见高重频（kHz），高峰值功率（mJ级，ns级），窄线宽，高光学质量的2.79um的激光器的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高重频窄线宽调Q铒激光器，以解决现有技术存在的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：包括种子激光器、激光放大器和电控温控单元，其中：种子激光器包括两端键合纯YSGG晶体并掺杂Er3+的Er:YSGG激光晶体棒，该Er:YSGG激光晶体棒中心轴两端即左、右端外沿光轴方向依次共光轴设有全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块，其中全反镜片的全反射面分别朝向Er:YSGG激光晶体棒，左、右的全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块呈左、右对应对称，位于Er:YSGG激光晶体棒右端外的全反镜片反射光路上沿光路方向设有半反镜，以半反镜作为种子激光器的输出镜片，位于Er:YSGG激光晶体棒左端外的全反镜片反射光路上沿光路方向依次设有起偏器、调Q晶体、VBG光栅，所述VBG光栅与输出镜片分别位于彼此的反射光路上，且输出镜片向VBG光栅的光路上依次设有1/2λ波片、法拉第光隔离器；光纤耦合半导体激光模块产生的泵浦光入射至Er:YSGG激光晶体棒左、右端，Er:YSGG激光晶体棒经过两端泵浦后产生激光光束从右端出射至全反镜片，经右端的全反镜片反射后再入射至输出镜片，部分激光光束透射过输出镜片并入射至激光放大器，其余激光光束经输出镜片反射后，再依次经过1/2λ波片、法拉第光隔离器入射至VBG光栅，并被VBG光栅反射后再依次经过调Q晶体、起偏器入射至左端的全反射镜，最后经左端的全反射镜反射至Er:YSGG激光晶体棒，形成环形的种子激光器结构；激光放大器包括全反镜、侧泵浦的板条式Er：YSGG激光晶体、半导体激光巴条，板条式Er：YSGG激光晶体中心轴两端即左、右端分别切割成相同角度的斜面，所述全反镜位于输出镜片的透射光路上，板条式Er：YSGG激光晶体左端位于全反镜的反射光路上，半导体激光巴条围在板条式Er：YSGG激光晶体侧面外，输出镜片透射过的激光光束经全反镜反射后入射至板条式Er：YSGG激光晶体左端，同时板条式Er：YSGG激光晶体受半导体激光巴条泵浦后产生激光光束，泵浦产生的激光光束与左端入射的激光光束共同从板条式Er：YSGG激光晶体右端出射，实现放大输出；电控温控单元包括光纤耦合半导体激光模块驱动电源、调Q晶体驱动电源、半导体激光巴条驱动电源、温控单元、控制单元，其中光纤耦合半导体激光模块驱动电源分别供电至左、右端的光纤耦合半导体激光模块，半导体激光巴条驱动电源供电至半导体激光巴条，调Q晶体驱动电源供电至调Q晶体，光纤耦合半导体激光模块驱动电源、调Q晶体驱动电源、半导体激光巴条驱动电源分别接入控制单元，由控制单元控制各个驱动电源的供电，温控单元亦接入控制单元由控制单元控制，且温控单元分别对Er:YSGG激光晶体棒、光纤耦合半导体激光模块、板条式Er：YSGG激光晶体、半导体激光巴条进行温度控制。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：种子激光器中的Er:YSGG激光晶体棒整体放置在铜制的热沉中，并通过温控单元带走多余的热量，采用种子激光器加激光放大器，降低激光器谐振腔激光的损伤阈值，实现高质量低能量的种子激光输出，通过放大级提高能量和输出水平。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：由1/2λ波片、法拉第光隔离器组成单向器，构成环形行波谐振腔。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：种子激光器中采用的激光棒为两端键合纯YSGG晶体的掺杂Er3+的YSGG的Er:YSGG激光晶体棒，用于降低热透镜效应和防止激光端面畸变。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：VBG光栅由氟化钙或氟化镁材料制成，用于压窄线宽，获得单纵模或窄线宽输出。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：种子激光器中的Er:YSGG激光晶体棒利用两端的光纤耦合半导体激光模块实现双向端面泵浦，激光放大器中的板条式Er：YSGG激光晶体利用侧面的半导体激光巴条实现侧向泵浦。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：所述法拉第光隔离器激光只能沿一个方向上传播，材料为YIG，镀有2.79um的增透膜。所述的一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：所述调Q晶体为声光调Q晶体，材质为TeO2，通光片镀有2.79um的增透膜。本专利技术种子激光器中，起偏器为布儒斯特角放置的偏振片，材料为氟化镁或氟化钙，镀有2.79um的偏振膜，用于起偏器和检偏器的作用。本专利技术种子激光器中，Er:YSGG激光晶体棒左、右端外的全反镜片分别为弯月形结构，凸面对着Er:YSGG激光晶体棒方向，凹面对着准直聚焦镜筒方向，曲率半径相同；凸面镀有2.79um的全反膜和966nm的增透膜，凹面镀有966nm的增透膜。本专利技术种子激光器中，作为输出镜片的半反镜为白宝石、或YSGG晶体、或YAG晶体、或氟化钙或氟化镁制成，镀有20%~95%反射膜。本专利技术激光放大器中，半导体激光巴条均输出波长为966nm的激光，作用为泵浦源。本专利技术的调Q原理：通过使用调Q技术改变激光器的阈值来使上能级粒子数大量积累。当积累到最大值时突然使腔的损耗减小，激光振荡迅速建立，上能级反转粒子数被迅速消耗，从而获得峰值功率很高的巨脉冲。本专利技术提供一种具有高重复频率、高能量脉冲、纳秒级脉宽的2.79μm声声光调QEr:YSGG激光器，该激光器具有重复频率高(kHz)、高能量（mJ）、激光脉宽窄（ns）、窄线宽（pm）、输出功率稳定、光斑强度分布均匀等特点。本专利技术采用的半导体泵浦Er:YSGG将大大减小激光器的热效应，提高转换效率和重复频率，可获得高能量和高光束质量的2.79μm激光输出。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：（1）本专利技术采用光纤输出的半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：包括种子激光器、激光放大器和电控温控单元，其中：种子激光器包括两端键合纯YSGG晶体并掺杂Er3+的Er:YSGG激光晶体棒，该Er:YSGG激光晶体棒中心轴两端即左、右端外沿光轴方向依次共光轴设有全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块，其中全反镜片的全反射面分别朝向Er:YSGG激光晶体棒，左、右的全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块呈左、右对应对称，位于Er:YSGG激光晶体棒右端外的全反镜片反射光路上沿光路方向设有半反镜，以半反镜作为种子激光器的输出镜片，位于Er:YSGG激光晶体棒左端外的全反镜片反射光路上沿光路方向依次设有起偏器、调Q晶体、VBG光栅，所述VBG光栅与输出镜片分别位于彼此的反射光路上，且输出镜片向VBG光栅的光路上依次设有1/2λ波片、法拉第光隔离器；光纤耦合半导体激光模块产生的泵浦光入射至Er:YSGG激光晶体棒左、右端，Er:YSGG激光晶体棒经过两端泵浦后产生激光光束从右端出射至全反镜片，经右端的全反镜片反射后再入射至输出镜片，部分激光光束透射过输出镜片并入射至激光放大器，其余激光光束经输出镜片反射后，再依次经过1/2λ波片、法拉第光隔离器入射至VBG光栅，并被VBG光栅反射后再依次经过调Q晶体、起偏器入射至左端的全反射镜，最后经左端的全反射镜反射至Er:YSGG激光晶体棒，形成环形的种子激光器结构；激光放大器包括全反镜、侧泵浦的板条式Er：YSGG激光晶体、半导体激光巴条，板条式Er：YSGG激光晶体中心轴两端即左、右端分别切割成相同角度的斜面，所述全反镜位于输出镜片的透射光路上，板条式Er：YSGG激光晶体左端位于全反镜的反射光路上，半导体激光巴条围在板条式Er：YSGG激光晶体侧面外，输出镜片透射过的激光光束经全反镜反射后入射至板条式Er：YSGG激光晶体左端，同时板条式Er：YSGG激光晶体受半导体激光巴条泵浦后产生激光光束，泵浦产生的激光光束与左端入射的激光光束共同从板条式Er：YSGG激光晶体右端出射，实现放大输出；电控温控单元包括光纤耦合半导体激光模块驱动电源、调Q晶体驱动电源、半导体激光巴条驱动电源、温控单元、控制单元，其中光纤耦合半导体激光模块驱动电源分别供电至左、右端的光纤耦合半导体激光模块，半导体激光巴条驱动电源供电至半导体激光巴条，调Q晶体驱动电源供电至调Q晶体，光纤耦合半导体激光模块驱动电源、调Q晶体驱动电源、半导体激光巴条驱动电源分别接入控制单元，由控制单元控制各个驱动电源的供电，温控单元亦接入控制单元由控制单元控制，且温控单元分别对Er:YSGG激光晶体棒、光纤耦合半导体激光模块、板条式Er：YSGG激光晶体、半导体激光巴条进行温度控制。...

【技术特征摘要】
1.一种高重频窄线宽调Q铒激光器，其特征在于：包括种子激光器、激光放大器和电控温控单元，其中：种子激光器包括两端键合纯YSGG晶体并掺杂Er3+的Er:YSGG激光晶体棒，该Er:YSGG激光晶体棒中心轴两端即左、右端外沿光轴方向依次共光轴设有全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块，其中全反镜片的全反射面分别朝向Er:YSGG激光晶体棒，左、右的全反镜片、准直聚焦镜筒、光纤耦合半导体激光模块呈左、右对应对称，位于Er:YSGG激光晶体棒右端外的全反镜片反射光路上沿光路方向设有半反镜，以半反镜作为种子激光器的输出镜片，位于Er:YSGG激光晶体棒左端外的全反镜片反射光路上沿光路方向依次设有起偏器、调Q晶体、VBG光栅，所述VBG光栅与输出镜片分别位于彼此的反射光路上，且输出镜片向VBG光栅的光路上依次设有1/2λ波片、法拉第光隔离器；光纤耦合半导体激光模块产生的泵浦光入射至Er:YSGG激光晶体棒左、右端，Er:YSGG激光晶体棒经过两端泵浦后产生激光光束从右端出射至全反镜片，经右端的全反镜片反射后再入射至输出镜片，部分激光光束透射过输出镜片并入射至激光放大器，其余激光光束经输出镜片反射后，再依次经过1/2λ波片、法拉第光隔离器入射至VBG光栅，并被VBG光栅反射后再依次经过调Q晶体、起偏器入射至左端的全反射镜，最后经左端的全反射镜反射至Er:YSGG激光晶体棒，形成环形的种子激光器结构；激光放大器包括全反镜、侧泵浦的板条式Er：YSGG激光晶体、半导体激光巴条，板条式Er：YSGG激光晶体中心轴两端即左、右端分别切割成相同角度的斜面，所述全反镜位于输出镜片的透射光路上，板条式Er：YSGG激光晶体左端位于全反镜的反射光路上，半导体激光巴条围在板条式Er：YSGG激光晶体侧面外，输出镜片透射过的激光光束经全反镜反射后入射至板条式Er：YSGG激光晶体左端，同时板条式Er：YSGG激光晶体受半导体激光巴条泵浦后产生激光光束，泵浦产生的激光光束与左端入射的激光光束共同从板条式Er：YSGG激光晶体右端出射，实现放大输出；电控温控单元包括光纤耦合半导体激光模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：程庭清，王礼，邢廷伦，胡舒武，崔庆哲，魏蒙恩，吴先友，江海河，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34