[發明專利]大功率CW中紅外激光器

有效

• 申請號: 201680017876.4
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN107750411B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 伊戈爾·莫斯卡廖夫
• 申請（專利權）人: IPG光子公司
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/042;H01S3/102;H01S3/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 倪斌

本發明提供一種旋轉硫化物增益介質環，以用最小的熱透鏡效應提供前所未有的功率生成，用于在中紅外光譜內進行CW激射。

技術領域

本公開涉及連續波(CW)中紅外固態激光器。具體地，本公開提供了一種旋轉盤，更優選地提供了一種由硫化物增益介質構成的環，以便以最小熱透鏡效應提供前所未有的功率產生，其中所述硫化物增益介質選自摻雜有過渡金屬離子的II-VI族多晶材料。

背景技術

在2-10m光譜范圍內運行的中紅外(mid-IR)激光源對于各種防御相關應用而言需求極大，所述防御相關應用包括：自由空間通信、對抗措施、遙感以及工業過程控制和醫療應用。目前在基于摻雜Cr和Fe的II-VI寬帶半導體的光泵浦激光器中的進展支持在1.9-5μm光譜范圍內獲取大輸出功率。在一些綜述^{i，ii，iii，iv，v}中，報道了摻雜過渡金屬(TM)的II-VI材料的光譜特性以及它們對中IR固態激光器的應用。在本專利申請中，公開了一種完全新穎的光學原理圖，所述光學原理圖對源自Cr：ZnSe的CW激光提供了前所未有的功率縮放。

Cr2+：ZnS/Se激光器的功率縮放對于工業、醫療、材料加工和防御應用中的各種應用而言是頗受關注的。為了成功應用這些中IR激光器，尤為重要的是在2940nm輸出波長附近達到幾十或幾百瓦的輸出功率，其中2940nm輸出波長是大多數醫療應用所在的波長。在這些材料的增益最大值附近的輸出波長(2.4μm)對于高產出尤其重要的材料加工應用(諸如，對聚合物的加工)也具有極大的吸引力。

我們目前已經報道了在基于傳統平板幾何條件的增益元件的中IR激光器系統下，在2.4μm處獲得高達20W的輸出功率以及在2940nm處獲得高達3W的輸出功率。不幸的是，由于Cr：ZnSe和Cr：ZnS增益介質的極高熱光系數導致較強的熱透鏡效應，這些激光系統在較高的泵浦功率等級下的光束質量較差，并且在光損傷閾值附近運行，導致激光器故障的可能性較高。MOPA(主振蕩器功率放大器)和多元件配置的增益介質有助于在一定程度上緩解這些問題，但是由于增加了系統的復雜性，而無法提供一個可靠且明確的解決方案。

我們對于這些激光器的經驗示出：我們最新闡述的結果代表了對基于傳統諧振器設置的Cr：ZnS和Cr：ZnSe激光器系統的輸出功率的實際限制。

需要允許更大功率以滿足醫療應用和材料加工在中IR光譜內需求的新型光學原理圖。

發明內容

由于避免了熱透鏡效應，所公開的配置有旋轉硫化物增益介質(諸如，摻雜TM的II-VI材料)的CW中IR激光器滿足上述需求。我們的核心思想在于通過環狀的旋轉增益元件來掃描相匹配的共軸泵浦光束和激光模式。

意料之外的功率輸出可以提供了具有許多用途的光學體系，其中該功率輸出幾乎是現有技術的2400nm中心波長的七(7)倍，是2940nm中心波長的十(10)倍。

更具體地，本發明提供了一種連續波(“CW”)中紅外IR激光器，包括：諧振腔；增益介質，選自多晶的摻雜過渡金屬的II-VI材料(“TM：II-VI”)，所述增益介質形成為盤狀，更優選地形成為由內外周緣以及上游面和下游面限定的環，其中所述上游面和所述下游面的一部分位于所述諧振腔內；泵浦源；以及電機，所述環安裝在所述電機上。由此可見，所述環的位于所述諧振腔內的部分接收泵浦光，所述泵浦光足以在中IR光譜內的波長發射CW激光束。

在優選實施例中，TM：II-VI增益介質是Cr：ZnS或Cr：ZnSe。

在其他實施例中，本發明的CW激光器的增益介質的一個或多個面具有固定在所述增益介質上的反射涂層。

在其他實施例中，反射涂層不是必要的。

在其他實施例中，增益介質相對于泵浦光處于法向，而在其他實施例中，它的入射角將為布魯斯特角。