一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器制造技术

本实用新型专利技术公开一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，包括用于产生中红外激光的二极管侧泵浦激光增益模块、用于构成光学谐振腔使中红外激光形成激光振荡输出的谐振腔镜，谐振腔镜分别由镀有2.7～3μm高反膜的谐振腔平面反射镜与镀有2.7～3μm部分反射膜的谐振腔凹面输出镜组成，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于光学谐振腔中形成中红外激光振荡，所述二极管侧泵浦激光增益模块包括二极管泵浦源和中红外激光增益介质，所述二极管泵浦源环绕中红外激光增益介质设置。本实用新型专利技术针对激光器侧泵浦模块设计了五边四圈的泵浦结构，同时将中红外激光增益参数设计与泵浦结构匹配，实现高效率高功率中红外激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器
本技术属于中红外固体激光
，具体地说涉及一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器。
技术介绍
输出波长在3～5μm范围内的中红外固体激光器因其体积小、重量轻、输出功率高等优势，在激光医疗、激光光谱学、环境监测以及光电对抗等领域有着重要应用前景，一直以来是国内外研究热点。中红外固体激光器根据泵浦源类型可分为闪光灯侧泵浦和二极管侧泵浦激光器。闪光灯泵浦源成本低廉、单脉冲能量高，在中红外固体激光器中具有广泛的应用。由于闪光灯输出光谱宽，能被激活离子吸收利用的能量占比少，热效应非常严重，因此通常获得的中红外激光输出占空比不超过3％。二极管泵浦源体积小、且发射光谱窄，激活离子对泵浦光吸收效率高，逐渐成为中红外固体激光器的主要泵浦源。然而，受限于半导体泵浦源输出波长与中红外激射波长的巨大差异，比如泵浦波长为976nm，中红外激光波长为2.8μm，激光器的斯托克斯效率上限约为30％，这严重制约了光光转换效率的进一步提高，且剩余的泵浦光能量以热的形式积累在增益介质内，给增益介质造成损伤风险的同时，恶化输出激光的光束质量，限制了中红外激光输出功率。因此，现有技术有待于进一步改进和发展。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，现提出一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，以解决现有技术中存在的中红外固体激光器中热效应严重和光光转换效率低的问题，实现高效率高功率中红外激光输出。本技术提供如下技术方案：一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，包括用于产生中红外激光的二极管侧泵浦激光增益模块、用于构成光学谐振腔使中红外激光形成激光振荡输出的谐振腔镜，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于光学谐振腔中，所述二极管侧泵浦激光增益模块包括二极管泵浦源和中红外激光增益介质，所述二极管泵浦源环绕中红外激光增益介质设置。进一步地，所述谐振腔镜包括谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜，平面反射镜和谐振腔凹面输出镜对应设置，谐振腔平面反射镜面心与谐振腔凹面输出镜球心位于光轴上，两者之间形成直线谐振腔，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于直线谐振腔中间位置。进一步地，谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜紧贴二极管侧泵浦激光增益模块设置，谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜之间距离小于或等于100mm。进一步地，所述谐振腔平面反射镜镜面镀有2.7～3μm且反射率大于99.5％的高反膜，谐振腔凹面输出镜镜面镀有2.7～3μm且反射率大于或等于90％的部分反射膜。进一步地，所述中红外激光增益介质为均匀掺杂铒离子的石榴石晶体或倍半氧化物晶体，铒离子掺杂浓度大于或等于30％。进一步地，中红外激光增益介质整体为圆柱结构，直径小于或等于3mm，长度小于或等于100mm。进一步地，所述二极管泵浦源由若干二极管芯片构成，二极管芯片的封装结构为：中红外激光增益介质轴向上，二极管芯片分为多组，每组环绕中红外激光增益介质分布形成一圈，多圈二极管芯片沿中红外激光增益介质轴向均匀排布，中红外激光增益介质径向上，每组二极管芯片环绕中红外激光增益介质形成正多边形分布，每组中各二极管芯片以光轴为对称中心呈中心对称环绕中红外激光增益介质分布。优选的，二极管泵浦源由20枚二极管芯片构成，二极管芯片沿光轴方向分成四圈，每一圈由5枚二极管芯片构成正五边形，分别均匀分布在中红外激光增益介质的轴向与径向上。进一步的，二极管泵浦源的输出中心波长为960nm～980nm。进一步地，所述二极管泵浦源冷却方式为微通道液体冷却方式，所述中红外激光增益介质为液体冷却方式，冷却液体温度为20～28℃，冷却液体流量为2～4L/min。有益效果本技术提供了一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，与现有技术相比，其有益效果如下：(1)采用五边四圈的封装结构将二极管泵浦源均匀封装在中红外激光增益介质周围，获得了泵浦光与中红外激光的空间最佳匹配效率，并且对增益介质的掺杂浓度和结构参数进行了与二极管泵浦源分布结构相匹配的设计，改善了中红外激光增益介质对泵浦光的吸收效率和吸收部分泵浦光在增益介质内的光强分布均匀性，更有利于减小热效应，实现了高效率、高功率的中红外激光输出。(2)基于二极管激光芯片的准连续工作模式，可实现占空比小于或等于15％，脉宽小于或等于1ms情况下的多种时间波形模式的准连续脉冲中红外激光输出，满足各种不同应用条件下对中红外激光器的需求，实现了激光器的最佳输出状态。附图说明图1是本技术具体实施例中二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器结构示意图；图2是本技术具体实施例中二极管芯片与中红外激光增益介质分布示意图；图3是本技术具体实施实施例中另一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器结构示意图。图中：1谐振腔平面反射镜、2谐振腔凹面输出镜、3二极管侧泵浦激光增益模块、4中红外激光增益介质、5-9二极管泵浦源。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合本技术的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本技术创造。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特性，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，如图1所示，包括用于产生中红外激光的二极管侧泵浦激光增益模块3、用于构成光学谐振腔使中红外激光形成激光振荡输出的谐振腔镜，所述二极管侧泵浦激光增益模块3设置于光学谐振腔中。进一步的，所述二极管侧泵浦激光增益模块3包括二极管泵浦源5-9和中红外激光增益介质4，所述二极管泵浦源5-9环绕中红外激光增益介质4设置。优选的，二极管侧泵浦激光增益模块3的外形尺寸设计为85mm(长)×50mm(宽)×95mm(高)，光轴中心高为70mm，实现整个中红外激光器结构的小巧紧凑。进一步地，所述谐振腔镜包括谐振腔平面反射镜1和谐振腔凹面输出镜2，谐振腔平面反射镜1和谐振腔凹面输出镜2对应设置，谐振腔平面反射镜1面心与谐振腔凹面输出镜2球心位于光轴上，两者之间形成直线谐振腔，所述二极管侧泵浦激光增益模块3设置于直线谐振腔中间位置。谐振腔平面反射镜1和谐振腔凹面输出镜2采用对中红外波段低吸收的氟化钙材料制成，曲率半径可选择为-50mm、-100mm和-200mm等。进一步地，谐振腔平面反射镜1和谐振腔凹面输出镜2紧贴二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，包括用于产生中红外激光的二极管侧泵浦激光增益模块、用于构成光学谐振腔使中红外激光形成激光振荡输出的谐振腔镜，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于光学谐振腔中，所述二极管侧泵浦激光增益模块包括二极管泵浦源和中红外激光增益介质，所述二极管泵浦源环绕中红外激光增益介质设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，包括用于产生中红外激光的二极管侧泵浦激光增益模块、用于构成光学谐振腔使中红外激光形成激光振荡输出的谐振腔镜，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于光学谐振腔中，所述二极管侧泵浦激光增益模块包括二极管泵浦源和中红外激光增益介质，所述二极管泵浦源环绕中红外激光增益介质设置。


2.根据权利要求1所述的二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，所述谐振腔镜包括谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜，平面反射镜和谐振腔凹面输出镜对应设置，谐振腔平面反射镜面心与谐振腔凹面输出镜球心位于光轴上，两者之间形成直线谐振腔，所述二极管侧泵浦激光增益模块设置于直线谐振腔中间位置。


3.根据权利要求2所述的二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜紧贴二极管侧泵浦激光增益模块设置，谐振腔平面反射镜和谐振腔凹面输出镜之间距离小于或等于100mm。


4.根据权利要求2所述的二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，所述谐振腔平面反射镜镜面镀有2.7～3μm且反射率大于99.5％的高反膜，谐振腔凹面输出镜镜面镀有2.7～3μm且反射率大于或等于90％的部分反射膜。


5.根据权利要求1所述的二极管侧泵浦准连续输出的中红外激光器，其特征在于，所述中红外激光增益介质为均匀掺杂铒离子的石榴石晶体或倍半氧化物晶体，铒离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：许夏飞，任怀瑾，叶先林，魏星斌，陈晓琳，罗兴旺，张雷，陈小明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51