[發(fā)明專利]一種低閾值高效率皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF4激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711269001.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN107968314A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 令維軍;夏濤;董忠;張明霞;李可;左銀艷;尤良芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天水師范學(xué)院
• 主分類號(hào): H01S3/16
• 分類號(hào): H01S3/16;H01S3/081;H01S3/098
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司61227
• 代理人: 黃偉洪,何畏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低閾值高效率皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF₄激光器。

背景技術(shù)

人眼安全的2μm波段皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF₄激光器，其中心波長(zhǎng)為1895nm，位于水分子的強(qiáng)吸收波段1800-2000nm，具有非常大的應(yīng)用潛力。可以用來做激光測(cè)距機(jī)、相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)、水蒸氣拋面差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)、激光眼科手術(shù)、激光微加工的理想光源。目前商業(yè)化的2μm波段鎖模激光主要是采用被動(dòng)鎖模技術(shù)，用鈦寶石激光器作泵浦源。激光器輸出光束質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，適合作為儀器，尤其是精密儀器的光源，但該類激光器整個(gè)系統(tǒng)由高功率連續(xù)綠光激光器、鈦寶石激光器和光諧振腔三部分組成，成本昂貴，限制了應(yīng)用。激光器的成本主要取決于泵浦源的功率，功率越高，成本越高，低功率抽運(yùn)的激光器可極大地降低整體器件的成本。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有的激光器成本昂貴，限制應(yīng)用。在傳統(tǒng)的X型四鏡腔基礎(chǔ)上，選擇凹面曲率半徑更小的第二折疊鏡，從而降低了激光的出光閾值，提高了激光的斜效率和光-光轉(zhuǎn)化效率，但是凹面曲率半徑更小的第二折疊鏡縮小了激光腔的穩(wěn)區(qū)，增加了激光諧振腔的調(diào)節(jié)難度，使得很少有人去研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種低閾值高效率皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF₄激光器、激光測(cè)距機(jī)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種低閾值高效率皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF₄激光器，所述低閾值高效率皮秒鎖模Tm,Ho:LiLuF₄激光器包括：

泵浦源，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為780.5nm的抽運(yùn)激光；

聚焦透鏡，用于對(duì)抽運(yùn)激光高透，抽運(yùn)激光聚焦到晶體中；

Tm,Ho:LiLuF₄激光增益介質(zhì)，用于將中心波長(zhǎng)780.5nm的抽運(yùn)激光改變?yōu)橹行牟ㄩL(zhǎng)1895nm的激光；

低閾值激光諧振腔，用于實(shí)現(xiàn)低閾值激光運(yùn)轉(zhuǎn)；

半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，用于將輸出連續(xù)光轉(zhuǎn)變成鎖模脈沖光；

三棱鏡，用于給諧振腔提供色散補(bǔ)償。

進(jìn)一步，所述聚焦透鏡通過二維可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上。

進(jìn)一步，所述Tm,Ho:LiLuF₄激光增益介質(zhì)用銦箔包裹后夾持在紫銅冷卻片內(nèi)，紫銅冷卻片連接恒溫水循環(huán)系統(tǒng)；

銩離子摻雜濃度為5％，鈥離子摻雜濃度為0.5％，放置在40mm*40mm的一維平移臺(tái)上；第二平凹折疊鏡通過二可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上；平面反射鏡和輸出鏡通過二維鏡架固定在304不銹鋼立柱上。

進(jìn)一步，所述聚焦透鏡，焦距f＝120mm。

進(jìn)一步，所述低閾值諧振腔由第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡、第三平凹折疊鏡和平面高反鏡組成的X型四鏡腔。傳統(tǒng)的X型四鏡腔第一和第二平凹折疊鏡的曲率半徑為100mm，在傳統(tǒng)的X型四鏡腔基礎(chǔ)上，分別將第二平凹折疊鏡的曲率半徑減小到75mm和50mm，三種腔對(duì)應(yīng)連續(xù)光的輸出參數(shù)見表一，選用曲率半徑為75mm的第二平凹折疊鏡下得到最低出光閾值59mW，最高功率1.044W，最高斜效率和光-光轉(zhuǎn)化效率分別為53.6％和30.09％，相對(duì)于傳統(tǒng)四鏡腔，出光閾值得到有效降低，且最高功率和轉(zhuǎn)化效率均被提高，最終實(shí)現(xiàn)了低閾值和高效率的激光輸出。理論上，采用更小曲率半徑四鏡腔，可以有效的減小泵浦光在晶體處的振蕩光斑，在激光腔長(zhǎng)度不變的情況下，模擬了晶體中振蕩光斑大小，對(duì)于傳統(tǒng)腔和設(shè)計(jì)的低閾值腔，晶體中光斑分別為35μm和19μm，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)腔設(shè)計(jì)光斑面積減少了即3.39倍，這樣腔內(nèi)的激光強(qiáng)度增加了3.39倍，在同樣的出光強(qiáng)度下，大大的降低了激光運(yùn)轉(zhuǎn)閾值。然而，曲率半徑太小的折疊鏡將加大四鏡腔的折疊角，不利于實(shí)現(xiàn)激光振蕩的最佳匹配，這也是采用曲率半徑為50mm的第二平凹折疊鏡下不能得到更低出光閾值，更高轉(zhuǎn)化效率的原因。

第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡和第三平凹折疊鏡凹面曲率半徑分別為100mm、75mm和100mm，對(duì)770-1050nm波長(zhǎng)泵浦光透過率大于95％，對(duì)1800nm-2075nm波段激光的反射率大于99.9％，通過二位可調(diào)鏡架置放在二維平移臺(tái)上；

平面高反鏡對(duì)1800nm-2075nm波段激光的反射率大于99.9％。

進(jìn)一步，所述三棱鏡為CaF₂三棱鏡，第一三棱鏡和第二三棱鏡的距離為35cm。