[發明專利]光纖激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固體激光器

無效

• 申請號: 201210349681.3
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102842849A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 姚寶權;段小明;鞠有倫;賀萬駿;余正平;張云軍;李綱;周仁來;王月珠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/067
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種光纖激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固體激光器，屬于固體激光器技術領域。

背景技術

3μm-5μm波段的中紅外激光因為對大霧、煙塵等具有較強的穿透力，受氣體分子吸收和懸浮物散射的影響小，因此在光譜測量、遙感、環保和軍事上具有很高的應用價值。目前獲得3-5μm激光輸出最常用、最有效的手段是通過光學參量振蕩器OPO以光學參量振蕩方式對2μm波段的激光進行頻率下轉換。一臺OPO可以在很寬的光譜范圍內獲得激光輸出，而且從時間域上OPO可以連續輸出或者脈沖輸出。在眾多的OPO晶體中，ZnGeP2晶體的非線性系數大，為75pm/V，并且熱導率高，為0.18W/m·K，因此，ZnGeP2-OPO是實現3-5μm非線性光學頻率轉換的有效方法。受2μm泵浦激光器性能的限制，現有全固態3-5μmZnGeP2-OPO存在效率低、體積大、不便于攜帶及維護的缺點。

1.9μm波段激光泵浦的單摻雜鈥Ho固體激光器是獲得2μm波段激光的有效途徑，Ho固體激光器具有上能級壽命長、發射截面大等一系列優點，利用聲光調Q技術可以實現其高平均功率、高峰值功率、窄脈寬輸出，是泵浦3-5μm光學參量振蕩器的理想光源。1.9μm波段激光可以通過單摻銩Tm固體激光器和單摻銩Tm光纖激光器來獲得。單摻銩Tm固體激光器由于受到嚴重的熱管理問題困擾，導致其結構比較復雜，并且輸出功率不是很高。單摻銩Tm光纖激光器因為采用了具有良好散熱特性的光纖結構，所以裝置比較簡單，并且輸出功率較高。

發明內容

本發明是為了解決現有通過光學參量振蕩器OPO獲得3-5μm激光輸出的激光器存在的體積大、不易攜帶的問題，提供一種光纖激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固體激光器。

本發明光纖激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固體激光器，它包括兩個1.9μm單摻銩Tm光纖激光器，它還包括單摻Ho激光器和3μm-5μm?ZnGeP2光學參量振蕩器，

單摻Ho激光器的特征輸出波長為2.1μm，

單摻Ho激光器由第一耦合系統、第二耦合系統、平面輸入鏡、折疊鏡、單摻Ho晶體、石英聲光調Q晶體和平凹輸出鏡組成，

3μm-5μm?ZnGeP2光學參量振蕩器由第三耦合系統、第一平面鏡、第二平面鏡、ZnGeP2晶體和二色片組成，

一個1.9μm單摻銩Tm光纖激光器發射的激光束通過第一耦合系統耦合后，經由平面輸入鏡透射后入射至單摻Ho晶體；另一個1.9μm單摻銩Tm光纖激光器發射的激光束通過第二耦合系統耦合后，經由折疊鏡透射后入射至單摻Ho晶體，單摻Ho晶體對其兩側入射的光纖激光束進行吸收后，產生2.1μm波長的激光，該2.1μm波長的激光通過折疊鏡反射至石英聲光調Q晶體，石英聲光調Q晶體對輸入的激光進行調制后，入射至平凹輸出鏡，通過平凹輸出鏡輸出Ho激光；

該Ho激光經第三耦合系統耦合后變換成近平行光進入第一平面鏡，由第一平面鏡透射的激光由ZnGeP2晶體吸收并進行頻率下轉換后，依次經由第二平面鏡和二色片透射后輸出，獲得3μm-5μm波段激光。

所述第一耦合系統和第二耦合系統的結構相同、且呈鏡像對稱設置，第一耦合系統由準直鏡和聚集透鏡組成，

一個1.9μm單摻銩Tm光纖激光器發射的光纖激光束經過準直鏡變換成平行光束，該平行光束由聚集透鏡耦合后，經由平面輸入鏡透射后入射至單摻Ho晶體。

第三耦合系統由正透鏡和負透鏡組成，

平凹輸出鏡輸出的Ho激光經由正透鏡和負透鏡耦合后變換成近平行光進入第一平面鏡。

折疊鏡與第二耦合系統的光軸呈45°設置。

第一平面鏡鍍2μm高透膜和3μm-5μm高反膜。

第二平面鏡鍍2μm高透膜和3μm-5μm的部分透射膜，透過率為30-50％。

ZnGeP2晶體端面鍍2μm和3-5μm的高增透膜，切割角度55°，采用第一類相位匹配方式。

二色片鍍2μm高反膜和3μm-5μm高增透膜。

1.9μm單摻銩Tm光纖激光器由792nm的激光二極管、傳導光纖、雙包層光敏光纖、光纖光柵和單摻銩Tm石英光纖組成，

光纖光柵設置在雙包層光敏光纖的傳輸路徑上，

792nm的激光二極管發射的792nm的激光經傳導光纖、雙包層光敏光纖以及光纖光柵傳輸，再被單摻銩Tm石英光纖吸收后，產生1.9μm激光，作為1.9μm單摻銩Tm光纖激光器發射的激光束；