[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

本發明涉及一種高效率產生2.3μm激光的裝置及方法，利用銩離子自身³F₄能級到³H₆能級產生的2μm激光受激輻射，加速³F₄能級粒子的轉移，實現³H₄能級粒子數布局的有效調控，降低³F₄能級粒子數無效布局，減小與³F₄能級相關的能量損耗；由³F₄能級返回至³H₆能級時粒子可由泵浦過程反哺至³H₄能級，有效提高2.3μm激光躍遷的有效粒子數布局，同時，³H₄→³H₅產生的2.3μm激光與³F₄→³H₆產生的2μm激光，這兩個躍遷過程對應的上下能級并不直接關聯，因此可以減小競爭效應，實現雙波長、多狀態激光運轉，可以增強激光產生過程的整體量子效率，降低激光介質中的熱存積，改善熱效應。

技術領域

本發明關于一種產生2.3μm激光的裝置及方法，特別是有關于一種高效率產生2.3μm激光的裝置及方法。

背景技術

2.3μm波段激光在環境科學、生物醫療、非線性激光變頻等領域有獨特且重要的應用前景。在環境和大氣科學研究方面，2.3μm波段對應N₂O、CO、CH₄等有害氣體的吸收峰，可以用作有害氣體的檢測。在生物醫療方面，2.3μm波段處于水的弱吸收區，對體液和軟組織具有很強的穿透力，是理想的無創檢測光源。同時，在非線性激光變頻領域，2.3μm波段還可以作為OPO泵浦源。

目前常用的產生2.3μm激光方式是使用過渡金屬離子Cr²⁺摻雜的II-IV族化合物材料(如Cr²⁺:ZnSe，Cr²⁺:ZnS)，但是該類激光器的發展一方面受限于晶體質量，難以產生高效率的2.3μm激光，另一方面缺少高性價比的1.5-2μm泵浦源，也使得該類激光器的成本較高。摻銩(Tm³⁺)的2.3μm激光可以使用目前成熟的商品化790nm半導體激光器(LD)直接泵浦，從而實現高性價比、LD抽運高效率2.3μm波段激光運轉。并且摻Tm³⁺的2.3μm激光下能級遠離基態，為四能級過程，不存在自終止效應的限制，無再吸收，且溫度效應弱，可室溫運轉。另外，Tm³⁺離子在2.3μm波段的受激發射截面大，光譜特性優良。最后，摻Tm³⁺的2.3μm激光容易獲得高質量激光材料。相對于Cr²⁺摻雜II-IV族硫化物激光介質，摻Tm³⁺激光材料制備工藝更加成熟可靠，基質種類更加豐富，為尋找光譜特性優良、熱導率高、光學透過率高且物化性能穩定的摻Tm³⁺激光介質提供了更多可能。