[發明專利]一種基于準二能級激光輻射的自倍頻全固態激光器

在審

• 申請號: 201910778980.0
• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN112421370A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 于浩海;張懷金;路大治;王繼揚;于祥升;韓學坤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明涉及一種基于準二能級激光輻射的自倍頻全固態激光器。該激光器包括泵浦源、聚焦系統、激光諧振腔、自倍頻晶體。所述泵浦源發出的泵浦光，經過聚焦系統準直聚焦后，通過輸入腔鏡注入到所述自倍頻晶體中，諧振腔設計實現自倍頻晶體中準二能級輻射并實現基頻激光，再利用自倍頻晶體二階非線性效應，實現激光自倍頻激光發射。所述自倍頻晶體為鐿離子摻雜，所發射的激光自倍頻激光波長在505?520nm可調。本發明通過實現準二能級激光輸出來降低量子虧損、優化激光與倍頻兩個過程的耦合效率，具有輸出功率高、結構簡單、成本低、溫度及機械穩定性高、有利于產業化等特點。

技術領域

本發明涉及一種基于準二能級激光輻射的自倍頻全固態激光器，屬于激光技術領域。

背景技術

激光自倍頻晶體是同時基于同時具有激光和倍頻功能且可以通過激光與倍頻功能有效復合在一塊晶體中實現激光自倍頻效果的功能晶體。所制備的激光器滿足現今社會對光電功能晶體和器件的“功能化”、“復合化”、“材料器件一體化”的要求，受到了廣泛關注，所制備的全固態激光器具有穩定、小型和低成本的特點，已在醫療、軍事、娛樂、科研等各個領域獲得了重要應用。自倍頻激光器的效率決定了其應用范圍和產業化前景，主要由晶體的激光效率、非線性光學頻率變換的效率以及激光-倍頻耦合效率決定。自1969年第一次激光自倍頻報道以來，激光自倍頻晶體和激光器發展迅速，其中部分釹離子摻雜的自倍頻晶體和激光器獲得了商品化應用，占據了部分小功率綠光市場，而如何提高自倍頻激光器的效率并獲得高功率輸出一直是本領域的發展趨勢。

從能量守恒的角度來說，激光自倍頻過程中能量出口主要有激光過程、倍頻過程以及量子虧損(即為泵浦光子能量與基頻光子能量間的能量差)造成的產熱過程三方面，因此在保持激光和倍頻過程的基礎上，降低量子虧損至關重要。相較于釹離子而言，對激光有貢獻的鐿離子能級結構簡單，只有²F_5/2及²F_7/2兩個能級，但該離子的能級結構易受所處晶格環境(主要是聲子)的影響，在電子-聲子耦合的作用下，鐿離子能級可產生劈裂，在此基礎上，利用所劈裂的三能級或準四能級所實現的激光輻射可以降低激光的閾值同時提高了本征的量子虧損，并且其重吸收及光子-聲子耦合作用會改變該離子的光譜輸出特性，導致激光輸出波長，即基頻光波長發生改變，進而影響自倍頻的輸出效率。綜合分析鐿離子能級結構，可以發現利用鐿離子的準二能級系統(即為電子僅與一個低能量聲子發生作用使²F_7/2能級發生最低能級劈裂所構成的能級與²F_5/2最低能級構成的能級系統)結構的躍遷并對其所產生的光子進行諧振產生激光，可能有效降低量子虧損及激光過程中的熱效應，同時可能減少熱效應對自倍頻過程的影響，從而提高自倍頻激光器的效率和功率及穩定性，而基于激光原理可知，由于電子的玻爾茲曼分布，其準二能級的下能級上占據的電子數較多，會引起較大的重吸收和激光閾值，因此對準二能級激光器的設計并在此基礎上實現自倍頻效應一直是激光領域的重要挑戰之一。

發明內容

為了滿足高功率、高效率自倍頻全固態激光器的應用需求，針對現有技術的不足，本發明提供一種基于準二能級激光輻射的自倍頻全固態激光器，特別是頻率范圍為505nm-520nm的鐿離子摻雜的自倍頻綠光激光器。

本發明要解決的技術問題是：降低激活離子鐿離子的量子虧損、優化激光與倍頻兩個過程的耦合效率，在鐿離子摻雜自倍頻晶體中實現高功率、高效率的505-520nm綠光自倍頻輸出。

發明概述：