[發明專利]一種高效率產生2.3μm激光的裝置及方法

在審

• 申請號: 202211519556.2
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115693378A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 蔡恩林;徐劍秋;徐潔
• 申請（專利權）人: 蘇州思萃高強激光智能制造技術研究所有限公司
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/08
• 代理公司: 蘇州吳韻知識產權代理事務所(普通合伙) 32364
• 代理人: 姜帆

1.一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，包括：

泵浦光，該泵浦光的中心波長為790nm；

輸入鏡，該輸入鏡對該泵浦光具有高透過率，對2μm和2.3μm的激光均具有高反射率；

增益介質，該增益介質中摻Tm³⁺；

第一輸出鏡，該第一輸出鏡對2μm激光部分透過，同時對2.3μm激光具有高透過率，該輸入鏡與該第一輸出鏡組成2μm激光諧振腔；

第二輸出鏡，該第二輸出鏡對2.3μm激光部分透過，同時對2μm激光具有高透過率，該輸入鏡與該第二輸出鏡組成2.3μm激光諧振腔；

其中，Tm³⁺為銩離子，通過Tm³⁺離子中2μm激光的受激輻射躍遷，加快³H₄能級的粒子數轉移，增強2.3μm激光從³H₄能級到³H₅能級的躍遷時激光上能級粒子數的有效布局。

2.根據權利要求1所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，該增益介質的基質為晶體或陶瓷。

3.根據權利要求1所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，該輸入鏡采用JGS2、JGS3或者氟化鈣基底，其中，JGS為光學石英玻璃。

4.根據權利要求1所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，該第一輸出鏡采用JGS2、JGS3或者氟化鈣基底，JGS為光學石英玻璃。

5.根據權利要求1所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，該第二輸出鏡采用JGS2、JGS3或者氟化鈣基底，JGS為光學石英玻璃。

6.根據權利要求1所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，摻Tm³⁺激光器的速率方程模型如下：

N_i表示第i能級的粒子數密度，σ_a為泵浦光吸收截面，h表示普朗克常量，I_p和v_p分別為泵浦光的光強和頻率，和分別為2.3μm和2μm激光的光子數密度，n₁為2.3μm激光增益介質的折射率，n₂為2μm激光增益介質的折射率，k_CR為交叉弛豫系數，β_ij為從第i能級向第j能級的自發輻射躍遷的分支比，f_μ1和f_l1表示2.3μm激光的上下激光能級的玻爾茲曼布居數，f_μ2和f_l2表示2μm激光的上下激光能級的玻爾茲曼布居數；σ_e1代表2.3μm激光的受激發射截面；σ_e2表示2μm激光的受激發射截面，τ_i是指粒子在第i能級的壽命，τ_nr4表示³H₄能級的多聲子弛豫時間，k_ETU為上轉換系數，k_CR為交叉弛豫過程的特征參數，τ_c1為2.3μm激光的光子壽命，τ_c2為2μm激光的光子壽命。

7.根據權利要求6所述的一種高效率產生2.3μm激光的裝置，其特征在于，粒子在³H₄能級的壽命與摻Tm³⁺濃度和交叉弛豫過程的關系為：

k_CR為交叉弛豫過程的特征參數，N_Tm為摻Tm³⁺的濃度，τ₄為粒子在³H₄能級的壽命，為Tm³⁺低濃度摻雜時粒子在³H₄能級的壽命。