[發(fā)明專利]一種2.9微米中紅外鎖模激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811551994.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109462139A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-12
• 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): H01S3/16
• 分類號(hào): H01S3/16;H01S3/098;H01S3/081;H01S3/067;H01S3/30
• 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2.9微米中紅外鎖模激光器，屬于全固態(tài)中紅外激光器領(lǐng)域，包括包括1150nm光纖拉曼激光器、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)、激光輸入鏡、激光晶體、激光反射鏡組件、激光輸出鏡和鎖模元件；1150nm光纖拉曼激光器輸出的泵浦光依次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)、激光輸入鏡之后入射到激光晶體上，激光輸入鏡、激光晶體、激光反射鏡組件、激光輸出鏡和鎖模元件構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生的鎖模激光由激光輸出鏡耦合輸出；所述激光晶體為鈥鐠雙摻，所述鎖模元件為石墨烯或黑磷飽和吸收體。采用1150nm激光泵浦鈥鐠雙摻雜的激光晶體，利用新型二維材料石墨烯或黑磷作為飽和吸收體成功實(shí)現(xiàn)了高效率高光束質(zhì)量2.9μm波段鎖模中紅外激光輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種2.9微米(μm)中紅外鎖模激光器，屬于全固態(tài)中紅外激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

皮秒(ps)或飛秒(fs)量級(jí)超短脈沖激光具有極窄的脈沖寬度、極寬的光譜范圍、超高峰值功率以及極高重復(fù)頻率等特點(diǎn)，在科學(xué)研究、超快光譜學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)量學(xué)、量子相干控制、微加工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。超段脈沖激光的研究對(duì)科學(xué)和社會(huì)發(fā)展具有重要價(jià)值和深遠(yuǎn)意義，對(duì)新型超短脈沖光源的探索已成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)中一個(gè)重要研究領(lǐng)域。全固態(tài)激光鎖模技術(shù)是獲得皮秒和飛秒激光脈沖的主要的技術(shù)手段。得益于摻鈦藍(lán)寶石激光晶體材料和鎖模技術(shù)的發(fā)展，近紅外波段的鎖模超快激光技術(shù)已經(jīng)非常成熟，摻鈦藍(lán)寶石超快激光也是當(dāng)今科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的、不可替代的理想相干光源。然而，隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)很多超快激光與物質(zhì)相互作用過(guò)程與激光波長(zhǎng)密切相關(guān)，因此不斷拓寬超短脈沖激光波長(zhǎng)覆蓋范圍成為了當(dāng)今一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

隨著晶體生長(zhǎng)技術(shù)和激光技術(shù)的不斷發(fā)展，全固態(tài)鎖模激光器的波長(zhǎng)已經(jīng)覆蓋到了2.6微米波段，比如中國(guó)專利CN102570270A，公開(kāi)了一種中紅外飛秒鎖模激光器，在摻銩(Tm)離子、鈥(Ho)離子激光晶體中實(shí)現(xiàn)了2.0微米波段鎖模皮秒和飛秒中紅外激光輸出；另?yè)?jù)文獻(xiàn)報(bào)到，采用Cr²⁺：ZnSe晶體為激光晶體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)在2.4/2.6微米的鎖模皮秒和飛秒中紅外激光輸出。鉺(Er)離子摻雜激光晶體可以實(shí)現(xiàn)2.7-2.9微米波段的激光輸出，但是Er³⁺熒光一般為線狀譜，對(duì)于特定的基質(zhì)，只能獲得1～2個(gè)固定波長(zhǎng)的激光，并且需要高摻雜，不利于高功率鎖模激光輸出。而Ho³⁺離子摻雜激光晶體的⁵I₆→⁵I₇能級(jí)躍遷熒光為寬帶譜，可以獲得2.8-3.02μm可調(diào)諧輸出，有利于寬帶調(diào)諧和鎖模超短脈沖的產(chǎn)生。但是由于該能級(jí)躍遷必須采用1150nm激光進(jìn)行泵浦，但是目前該波段半導(dǎo)體激光器還不成熟，還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。并且激光上能級(jí)⁵I₆的熒光壽命(～3ms)遠(yuǎn)小于激光下能級(jí)⁵I₇的熒光壽命(～16ms)，在受激發(fā)射過(guò)程中，躍遷下來(lái)的粒子積累在⁵I₇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)。并且，目前用于該波段鎖模的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)還存在不少問(wèn)題，比如調(diào)制帶寬窄，調(diào)制深度較大等，也大大增大了在2.9微米波段實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鎖模的難度。

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2.9微米中紅外鎖模激光器，采用1150nm光纖拉曼激光器作為泵浦源，采用鈥、鐠雙摻雜作為激光晶體，將石墨烯或黑磷飽和吸收體作為鎖模元件，通過(guò)優(yōu)化諧振腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高光束質(zhì)量皮秒或飛秒激光輸出。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種2.9微米中紅外鎖模激光器，包括1150nm光纖拉曼激光器、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)、激光輸入鏡、激光晶體、激光反射鏡組件、激光輸出鏡和鎖模元件，其中1150nm光纖拉曼激光器可以為線偏振的，也可以為非偏振的；