[發明專利]一種基于摻鉺單晶光纖種子光源的放大中紅外激光器

有效

• 申請號: 202110174114.8
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113036587B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 孫敦陸;張會麗;羅建喬;權聰;胡倫珍;韓志遠;董昆鵬;陳嶼威;程毛杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/0941;H01S3/06;H01S3/067;H01S3/115;H01S3/16;H01S3/23
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于摻鉺單晶光纖種子光源的放大中紅外激光器，包括沿光路傳輸方向依次設置的泵浦源、耦合器、第一諧振腔鏡M1、電光調Q晶體、起偏器、摻鉺單晶光纖、第二諧振腔鏡M2、光隔離器，以及摻鉺激光晶體棒和LD側面泵浦系統。本發明將單晶光纖、端面泵浦、側面泵浦三者優勢相結合，通過LD端面泵浦摻鉺單晶光纖，同時采用電光調Q晶體，實現高穩定、高光束質量的2.7～3μm的納秒級激光作為種子光源，再通過LD側面泵浦摻鉺激光晶體棒實現能量放大，實現高峰值功率、高光束質量和窄脈寬的2.7～3μm的中紅外激光輸出，提高了2.7～3μm的中紅外激光的光束質量和輸出功率，滿足了醫學、非線性光學、科研及國防安全等領域不斷發展的應用需要。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其是一種基于摻鉺單晶光纖種子光源的放大中紅外激光器。

背景技術

摻鉺離子激光材料，其中⁴I_11/2→⁴I_13/2的能級躍遷，可產生波段為2.7～3μm的中紅外激光，2.7～3μm波段與水的強吸收峰位置重疊，因此，水對2.7～3μm的中紅外激光的吸收率特別高，2.7～3μm波段是精細外科手術理想的工作波段，這一性質使鉺激光在生物和醫學領域已得了非常廣泛的應用。

此外，用2.7～3μm的中紅外激光泵浦紅外非線性晶體實現光參量振蕩，能夠獲得3～5μm和8～20μm的中遠紅外光源，可用于光電對抗即光電干擾、紅外照明、激光雷達、自由空間通信、化學和生物戰劑的探測、環境污染監測以及反恐等領域。而且許多非線性光學晶體在2.7～3μm波段的吸收損耗較低，并且2.7～3μm相比于1μm和2μm，其與中遠紅外更接近，在通過光參量振蕩產生8～20μm時具有更高的效率，因此2.7～3μm的中紅外激光是中遠紅外光參量振蕩激光較為理想的泵浦源。

在研究高濃度摻鉺晶體的中紅外激光的性能時發現，LD端面泵浦激光器由于泵浦光吸收不均勻，單位面積上能量密度過高導致較強的熱效應，易造成晶體破裂，其激光輸出功率的大小受到極大限制，但是由于光纖耦合的泵浦光束質量較高，因而其輸出的2.7～3μm的中紅外激光的光束質量較高，可獲得接近基模的激光輸出。LD側面泵浦由于泵浦均勻，晶體元件尺寸可相對較大，能夠較好地解決輸出功率低的問題，但是其輸出激光的光束質量不高。

近年來單晶光纖激光器取得了較大進展，與玻璃光纖相比，單晶光纖是將晶體材料制備成纖維狀的單晶體，直徑幾微米至數百微米，單晶光纖激光器能夠結合單晶和光纖增益的雙重優點，具有較好的散熱特性，從而可以獲得相對較高的光束質量。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明提供一種基于摻鉺單晶光纖種子光源的放大中紅外激光器，提高了2.7～3μm的中紅外激光的光束質量和輸出功率，滿足了醫學、非線性光學、科研及國防安全等領域不斷發展的應用需要。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括：

一種基于摻鉺單晶光纖種子光源的放大中紅外激光器，包括沿光路傳輸方向依次設置的振蕩級和放大級；

所述振蕩級包括：沿光路傳輸方向依次設置的泵浦源、耦合器、第一諧振腔鏡M1、電光調Q晶體、起偏器、摻鉺單晶光纖、第二諧振腔鏡M2、光隔離器；所述泵浦源為970nmLD光纖耦合泵浦源；

所述振蕩級中，第一諧振腔鏡M1與第二諧振腔鏡M2之間采用970nmLD光纖耦合泵浦源的端面泵浦摻鉺單晶光纖，并通過電光調Q晶體產生高光束質量的窄脈寬激光，將所產生的該高光束質量的窄脈寬激光傳輸至放大級中；

所述放大級包括：摻鉺激光晶體棒和LD側面泵浦系統；所述LD側面泵浦系統為970nmLD側面泵浦系統；

所述放大級將振蕩級所產生的高光束質量的窄脈寬激光作為種子光源，采用970nmLD側面泵浦系統泵浦摻鉺激光晶體棒，將種子光源放大后獲得高功率、高光束質量的2.7～3μm納秒級的窄脈寬中紅外激光。