种子光注入泵浦红光双波长激光器制造技术

本发明专利技术公开了种子光注入泵浦红光双波长激光器，利用有机激光染料在足够强的能量泵浦下会产生放大的自发辐射(ASE)，并且在比色皿内壁进行振荡产生670~675nm的荧光作为种子光，再通过搭建谐振腔引入种子光进行腔内振荡得到670nm、675nm双波长的红色激光输出。激光谐振腔采用平凹腔结构，采用中心波长可调谐的LD从端面泵浦激光晶体，利用定制的铜座的水循环系统来给激光晶体高精度控温。本发明专利技术具有系统整体结构紧凑、设计便捷的特点，且可以同时输出670nm和675nm的红光激光，具有良好的光斑光束质量。光束质量。光束质量。

【技术实现步骤摘要】
种子光注入泵浦红光双波长激光器


[0001]本专利技术涉及全固态激光器，特别是种子光注入泵浦红光双波长激光器。

技术介绍

[0002]近十年来伴随着材料技术的快速发展促进半导体激光技术突破了原有的功率限制，其输出功率从毫瓦级提高到瓦级甚至百瓦级，对稀土离子的上转换能级跃迁研究提供了巨大的帮助。原先因为泵浦能量密度的不足，在研究稀土离子的上转化跃迁时常常因为泵浦效率不能满足粒子数反转条件，无法形成稳定的三能级结构，只研究了其上转化发光的现象。但随着LD泵浦能量的提高和光纤技术的发展，掺杂稀土离子介质的上转换激光特性在光学存储、显示与医疗中发挥着越来越重要的作用。铒离子有着十分丰富的能级谱线，在上转换跃迁中其绿光与红光的发光现象十分显著，而上转换直接出射激光还存在着较大的难度，但是可以通过引入外界种子光源产生受激辐射，形成光放大效应，以此加强其在晶体中的增益，这对实现上转换激光产生有重要的意义。
[0003]可见光激光在如今的生活中扮演着越来越重要的角色，从照明显示、存储、激光治疗、海洋探测多个方面展现出巨大的应用价值。传统的红光通过1340nm的二倍频产生，其需要详细分析倍频晶体的相位匹配角度，优化基频光与二次谐波的相位匹配参数完成基频光向倍频光的能量转移，并且波长的峰位完全由基频光决定，极大的限制了红光范围。而通过激光晶体直接出射红光，其具有系统体积小，设计便捷与系统的集成性较高，成为目前研究的重点之一。
[0004]陈国等，在《激光与红外》2019年8月第49卷第8期上发表了《高重频 LD 泵浦Er∶YSGG固体激光器》一文，采用968 nm LD 泵浦 Er∶YSGG晶体产 生 2．79μm激光，在500 Hz的泵浦频率下获得最高功率14.3W的2.79μm激光输出，光光转换效率达到 7.1 % ，斜效率达到11 % ，同时采用二氧化碲( TeO
2 ) 作为Q开关，实现10 W的脉冲输出，动静比达到70% ，脉冲宽度63.18 ns，这对于2.79μm激光在中长波激光器中的应用具有重要意义。虽然尚未解决上述技术问题，不能得到出射红光的效果，但是对本技术的开发具有一定的借鉴意义。
[0005]综上所述，这种种子光注入泵浦Er:YSGG晶体红光双波长激光器具有较好的研究意义和应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种种子光注入泵浦Er:YSGG晶体红光双波长激光器，该激光器具有系统整体结构紧凑、设计便捷的特点，且可以输出670nm和675nm的红光激光，具有良好的光斑光束质量。
[0007]一种种子光注入泵浦Er:YSGG晶体红光双波长激光器装置，结构包括腔内种子光路和平凹腔谐振腔两部分：所述的腔内种子光路部分依次由调Q固体激光器、衰减片、小孔光阑、柱面镜和有机激光染料组成；
所述的平凹腔谐振腔部分依次由前腔镜、增益介质、有机激光染料、后腔镜和低通滤波片组成，该平凹腔谐振腔中的增益介质采用单端泵浦，依次由泵浦源、泵浦耦合系统和前腔镜组成；前腔镜是对980nm的波长激光透过率大于95%，并且对600nm ~700nm的波长激光反射率大于99.9%，所述的有机激光染料采用比色皿装液，所述的后腔镜为激光输出镜；所述的调Q固体激光器是一种脉冲输出的单纵模激光器，产生1064nm的激光，基频光通过二倍频模块（2ω）变为532nm的倍频光。通过激光器自带的Q
‑
switch控制板调节Q
‑
delay延迟时间控制谐振腔Q值来获得不同输出能量的泵浦光束。
[0008]所述的三镜系统，通过衰减片以调节能量，通过调节小孔光阑达到空间滤波的作用，从而优化光束质量，通过柱面镜聚焦在有机激光染料上。
[0009]所述的有机激光染料是罗丹明6G乙醇溶液，配置浓度为10mg/ml，由比色皿来装液，发光材料在足够强的能量泵浦下会产生放大的自发辐射(ASE)，也就是相当于在贴近比色皿壁这一区域内将自身的荧光进行放大并且在两侧比色皿内壁之间振荡反射，最后从两侧输出作为种子光。保持种子光束光斑与泵浦光束光斑在晶体内的重叠面积，交叠效率越大上转换激光的振荡越容易建立。
[0010]所述的增益介质为Er:YSGG晶体，晶体长度为12mm，掺杂浓度为5at.%，利用定制的铜座来固定，通过水循环作为冷却系统来控制增益介质的温度，以达到高的温控精度。
[0011]所述的前腔镜是980nm的波长激光透过率大于95%、600nm ~700nm的波长激光反射率大于99.9%的平面反射镜，后腔镜是980nm的波长激光透过率大于95%且670nm ~ 675nm的波长激光透过率T=3%的凹面输出镜。
[0012]所述的泵浦源是峰值功率为10W，中心波长为980nm的可调谐半导体激光器，通过对PN结的温度调节控制输出中心波长，工作方式为脉冲输出。
[0013]所述的低通滤波片以45
°
倾斜放置于后腔镜后，通过滤波片后使得可见光的透过率大于99.9%、红外光的反射率大于99.9%，避免泵浦光对光谱采集产生影响。
[0014]有益效果1.采用腔内种子光注入技术，引入外界的种子光源产生受激辐射，形成红光波段激光放大效应，以此加强其在晶体中的增益特性。
[0015]2.采用低掺杂的晶体，减少晶体的热焦距和热致的双折射，也减小了晶体内部的温度梯度，以此改善激光输出光束质量。
[0016]3.采用平凹腔型结构，系统整体结构紧凑，泵浦光和腔内振荡光模式耦合效率高。此外，利用单端泵浦有助于提高泵浦效率且减小纵向温度梯度，从而提高红光激光平均功率和单脉冲能量。
[0017]4.采用主动温控、主动散热以及高精度的定制铜座水冷循环系统等技术是激光输出高频率稳定性的主要保障。这使得该激光器可适应不同的工作环境要求。
附图说明
[0018]图1 本专利技术激光器的光学系统框图。
[0019]图2 种子光注入的光学系统框图。
[0020]图3晶体的荧光光谱曲线图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0022]先请参照图1，图1本专利技术激光器的光学系统框图。由图可见，本专利技术种子光注入泵浦Er:YSGG晶体红光双波长激光器装置，其结构包括腔内种子光路1和平凹腔谐振腔2两部分：所述的腔内种子光路部分1依次由调Q固体激光器1
‑
1、衰减片1
‑
2、小孔光阑1
‑
3、柱面镜1
‑
4和有机激光染料1
‑
5组成；所述的平凹腔谐振腔部分2依次由前腔镜2
‑
4、增益介质2
‑
5、有机激光染料1
‑
5、后腔镜2
‑
6和低通滤波片2
‑
7组成，该平凹腔谐振腔中的增益介质2
‑
5采用单端泵浦，依次由泵浦源2
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1、泵浦耦合系统2
‑
2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.种子光注入泵浦红光双波长激光器，特征在于，其结构包括腔内种子光路（1）和平凹腔谐振腔（2）两部分：所述腔内种子光路部分（1）依次由调Q固体激光器（1
‑
1）、衰减片（1
‑
2）、小孔光阑（1
‑
3）、柱面镜（1
‑
4）和有机激光染料（1
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5）组成；所述平凹腔谐振腔部分（2）依次由前腔镜（2
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4）、增益介质（2
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5）、有机激光染料（1
‑
5）、后腔镜（2
‑
6）和低通滤波片（2
‑
7）组成，所述平凹腔谐振腔中的增益介质（2
‑
5）采用单端泵浦，依次由泵浦源（2
‑
1）、泵浦耦合系统（2
‑
2和2
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3）和前腔镜（2
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4）组成；前腔镜（2
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4）对980nm的波长激光透过率大于95%，并且对600nm~700nm的波长激光反射率大于99.9%，所述增益介质（2
‑
5）为Er:YSGG晶体，所述有机激光染料采用比色皿装液，所述的后腔镜（2
‑
6）为激光输出镜。2.根据权利要求1所述的种子光注入泵浦红光双波长激光器，其特征在于，所述的调Q固体激光器（1
‑
1）是脉冲输出的单纵模激光器，产生1064nm的激光，基频光通过二倍频模块（2ω）变为532nm的倍频光，通过激光器自带的Q
‑
switch控制板调节Q
‑
delay延迟时间，控制谐振腔Q值来获得输出能量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建平，江颂涛，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：