[發(fā)明專利]一種高峰值功率2.79微米鉺激光器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811551993.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN109687266A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張百濤;聶鴻坤;施炳楠;楊克建;何京良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/05
• 分類號(hào): H01S3/05;H01S3/06;H01S3/094;H01S3/0941;H01S3/16;H01S3/115;H01S3/117;H01S3/11;G02F1/11
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發(fā)明涉及一種高峰值功率2.79微米鉺激光器，屬于全固態(tài)激光器領(lǐng)域，包括激光泵浦源A、聚焦耦合系統(tǒng)A、激光晶體、調(diào)Q模塊、諧振腔鏡A和諧振腔鏡B；激光泵浦源A發(fā)出的光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)A后入射到激光晶體上，諧振腔鏡A、激光晶體、調(diào)Q模塊和諧振腔鏡B構(gòu)成2.79μm波段鉺激光諧振腔，產(chǎn)生的2.79μm波段中紅外激光從諧振腔鏡B端鏡輸出；激光晶體為Er³⁺、Pr³⁺共摻的激光晶體。本發(fā)明采用脈沖激光泵浦源端面泵浦結(jié)構(gòu)，有效地克服了閃光燈泵浦激光重復(fù)頻率低的問(wèn)題，同時(shí)緩解了激光諧振腔的熱效應(yīng)，并通過(guò)諧振腔的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)良好的腔模匹配，獲得高效率、高峰值功率、高光束質(zhì)量的2.79μm鉺激光輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高峰值功率2.79微米(μm)鉺激光器，屬于全固態(tài)激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2.79μm波段激光可用于紅外照明、激光雷達(dá)、光電對(duì)抗、自由空間通信、化學(xué)和生物探測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。2.79μm波段中紅外超短脈沖激光在中紅外頻率梳、阿秒超短脈沖、人工動(dòng)態(tài)帶隙以及地基臨近空間探測(cè)等方面具有不可替代的作用。另外它可以泵浦紅外光參量振蕩器來(lái)獲得5.0-8.0μm更長(zhǎng)波長(zhǎng)的高功率紅外激光。更重要的是，2.79μm波段激光與水的強(qiáng)吸收峰位置重疊，因而水對(duì)它的吸收率特別高，使其在多水軟組織的薄層內(nèi)被吸收，因此可以在對(duì)軟組織周圍不產(chǎn)生任何熱損傷的前提下進(jìn)行精確切割，是精細(xì)外科手術(shù)理想的工作波段，被廣泛應(yīng)用于生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。如上所述，由于2.79μm中紅外激光具有重要的應(yīng)用背景和極大需求，它已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外全固態(tài)激光領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

基于鉺(Er³⁺)離子摻雜的晶體材料是LD直接泵浦產(chǎn)生2.79μm中紅外激光輸出的主要增益介質(zhì)。但是，Er³⁺離子2.79μm波段激光躍遷存在一個(gè)“瓶頸”-激光上能級(jí)的熒光壽命遠(yuǎn)小于激光下能級(jí)的熒光壽命，在受激發(fā)射過(guò)程中，躍遷下來(lái)的粒子積累在下能級(jí)上，不利于激光發(fā)射過(guò)程中保持足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因此，要實(shí)現(xiàn)高效率2.79μm波段中紅外激光輸出，就必須要有效的釋放下能級(jí)的粒子(減小其熒光壽命)。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)摻入某些能級(jí)與Er³⁺離子下能級(jí)接近的離子，通過(guò)離子間共振能量轉(zhuǎn)移，可以加快抽空激光下能級(jí)粒子的速度，有效減小下能級(jí)的熒光壽命。

在具體應(yīng)用中，往往需要窄脈沖、高峰值功率的2.79μm激光器，而調(diào)Q技術(shù)是獲得該光源的主要技術(shù)手段。常用的調(diào)Q技術(shù)包括電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和被動(dòng)調(diào)Q(可飽和吸收體調(diào)Q)等。以往窄脈沖、高峰值功率的2.79μm激光器都采用閃光燈進(jìn)行泵浦，采用的是側(cè)面泵浦方式，這樣就造成以下問(wèn)題：一、閃光等發(fā)射譜線中除了被晶體吸收的很小一部分其他的都會(huì)產(chǎn)生熱量，進(jìn)而產(chǎn)生熱透鏡和熱退偏效應(yīng)，影響最終的光束質(zhì)量和輸出能量；二、側(cè)面泵浦方式模式匹配較差，很難獲得高光束質(zhì)量的激光輸出；三、閃光燈泵浦激光脈沖的重復(fù)頻率較低，一般小于20Hz；四、閃光燈泵浦結(jié)構(gòu)，燈和激光晶體都需要采用大功率水冷機(jī)通水冷卻，造成整個(gè)系統(tǒng)非常龐大，而且成本也非常高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊(小型化)、高效率、高光束質(zhì)量的高峰值功率2.79微米鉺激光器。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高峰值功率2.79微米鉺激光器，包括激光泵浦源A、聚焦耦合系統(tǒng)A、激光晶體、調(diào)Q模塊、諧振腔鏡A和諧振腔鏡B；

激光泵浦源A發(fā)出的光經(jīng)聚焦耦合系統(tǒng)A之后入射到激光晶體上，諧振腔鏡A、激光晶體、調(diào)Q模塊和諧振腔鏡B構(gòu)成2.79μm波段鉺激光諧振腔，產(chǎn)生的2.79μm波段中紅外激光從諧振腔鏡B端鏡輸出；

所述的激光晶體為鉺(Er³⁺)、鐠(Pr³⁺)共摻的激光晶體，晶體基質(zhì)材料可以是石榴石結(jié)構(gòu)的晶體如YAG、GGG、YSGG、GAGG、GYSGG等，也可以是氟化物晶體如YLF、LLF、BYF、CaF₂等；