[發明專利]雙穩區寬度可調的光學雙穩Tm,Ho:YLF激光器

有效

• 申請號: 200910071246.7
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101465513A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 張新陸;崔金輝;李立
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/0941;H01S3/08;H01S3/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體是一種調節光學雙穩Tm，Ho:YLF激光器雙穩區寬度的方法。

(二)背景技術

光學雙穩態是在激光產生15年后發現的一種新的非線性光學現象。激光雙穩態是指在同一泵浦功率下對應兩個穩定的輸出功率，取哪個輸出功率取決于泵浦功率到達相應點的方式(是增加到該值，還是減小到該值)。激光光學雙穩在光學邏輯器件、光開關、光通信和光學存儲等領域有著重要應用。產生激光雙穩態的方法一般為在激光諧振腔內除了要有增益介質外，還要另外加入色散介質或可飽和吸收體，導致激光器的結構復雜，且激光器的雙穩區寬度難以控制。

近室溫，Tm³⁺與Ho³⁺共摻激光晶體為準三能級系統，存在較為明顯的基態對2μm光子的重吸收作用，由于能量傳遞上轉換過程和激發態吸收的作用，這種基態的重吸收可以出現非線性飽和現象。在泵浦功率增加的過程中，由于單端面泵浦的非均勻吸收特性，導致了上能級粒子沿光軸方向的非均勻分布，使得近泵浦端面的泵浦光強度更高一些。在閾值處，近泵浦端面的強泵浦區實現了粒子數翻轉，為增益區；而遠泵浦端面的弱泵浦區沒有實現粒子數翻轉，為吸收區，可以看作可飽和吸收子。由于上能級的粒子數密度越大，能量傳遞上轉換和激發態吸收的作用越發明顯，從而導致上能級有效壽命的減小也越發明顯，因此在泵浦功率增加的過程中，在閾值泵浦功率處，增益區比吸收區有更高飽和光強，一旦產生激光振蕩，吸收區的吸收更容易飽和。正是由于Tm，Ho:YLF激光晶體存在上述過程，導致了Tm，Ho:YLF激光器的雙穩輸出，而腔內不需另加可飽和吸收子。在增加泵浦功率的過程中，當泵浦功率低于閾值泵浦功率時，激光器處于關斷狀態，此時腔內光子數很少。由于激光晶體的非粒子數反轉區(對2μm光子的吸收區)的基態重吸收作用，導致激光器處于高損耗狀態，因此隨著泵浦功率的增加，激光晶體上能級的粒子數密度隨之增加，導致能量傳遞上轉換和激發態吸收效應的影響更加顯著，從而使得泵浦功率的閾值進一步增加。一旦抽運功率達到閾值，激光器開始振蕩，腔內光子數急劇增加。由于激光晶體基態重吸收的飽和作用，激光器的損耗瞬間由高損耗轉為低損耗，反過來導致腔內激光光強的進一步增加，直到增益與損耗達到新的平衡，激光器實現了穩定輸出，因此出現了在高閾值處輸出功率有一個較大幅度的躍變量。當激光器處于出光狀態，由于2μm激光對Tm，Ho:YLF激光晶體基態重吸收的飽和作用，導致激光腔處于低損耗狀態；同時，2μm激光的受激輻射壓制了能量傳遞上轉換和激發態吸收過程，因此，當激光器處于出光狀態，泵浦功率在減小的過程中，激光器停止振蕩時對應一個較低的泵浦閾值。這樣激光二極管端面泵浦的Tm，Ho:YLF激光器實現了雙穩輸出。若以另一束泵浦光控制Tm，Ho:YLF激光晶體吸收區的吸收特性，就可以實現激光器雙穩區寬度的有效控制。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種調節光學雙穩Tm，Ho:YLF激光器雙穩區寬度的方法。

實現該方法的激光器包括激光二極管泵浦源、光纖、耦合透鏡、諧振腔、銩鈥共摻氟化鐿鋰(Tm，Ho:YLF)晶體；所述的激光二極管泵浦源為兩個，兩個激光二極管泵浦源發出的泵浦光分別經光纖和耦合透鏡進入諧振腔內；所述的諧振腔是由后腔鏡、45°角平面折疊鏡和輸出鏡組成的L形直角折疊腔，前端是后腔鏡，后端是45°角平面反射鏡，下端是輸出鏡，諧振腔內放置銩鈥共摻氟化鐿鋰晶體；銩鈥共摻氟化鐿鋰晶體側面用銦箔包好夾入帶有通光孔的銅質熱沉內，熱沉的溫度由高精度溫控儀精密控制，熱沉中熱電制冷片的熱面與帶有管道的金屬塊緊密相接觸，金屬塊內的管道持續通過循環冷卻水，用來帶走制冷產生的熱量。

本發明還可以包括這樣一些特征：

1、所述的激光二極管泵浦源的輸出波長為792nm。

2、所述的銩鈥共摻氟化鐿鋰晶體的切割方向為沿物理學定義的a軸方向。

3、所述的銩鈥共摻氟化鐿鋰晶體的兩個端面均鍍有對波長792nm和2.06μm的光增透的膜。

4、所述的后腔鏡和45°角平面折疊鏡鍍有對波長792nm的泵浦光增透的膜和對波長為2.06μm的光高反的膜。

5、所述的激光二極管端面泵浦雙穩區寬度可調的光學雙穩Tm，Ho:YLF激光器，其特征在于所述的輸出鏡對波長為2.06μm的光的透過率為1％-10％。

6、所述的銩鈥共摻氟化鐿鋰Tm，Ho:YLF晶體的兩端分別由兩個792nm激光二極管泵浦源進行端面泵浦，其中的一個泵浦源主要用于控制飽和吸收子的吸收性質。

7、所述的激光器的輸出波長為2.06μm。