同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人眼安全波段激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于1.6 μ m激光處在人眼安全波段，又處在大氣透光窗口，特別是在海洋上空具有更好的相對透過率，因此全固態(tài)的1.6 μπι激光器在激光通信、激光測距和多普勒測風激光雷達等中有著重要的應(yīng)用價值和研宄前景。
[0003]1.6 μπι激光可以通過OPO非線性方法或拉曼頻移間接獲得，但該類方法效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最簡便方法是利用LD直接泵浦摻Er3+增益介質(zhì)獲得。由于摻Er 3+激光介質(zhì)通常受到嚴重的能量上轉(zhuǎn)換效應(yīng)及較大熱效應(yīng)的限制，1.6 μπι全固態(tài)激光器進展緩慢。如今隨著同帶泵浦技術(shù)的出現(xiàn)，基于1.5 μ m同帶泵浦的Er: YAG激光器正成為獲得1.6 μ m人眼安全激光研宄熱點。在Er3+離子低摻雜時Er:YAG晶體可以發(fā)射1645nm和1617nm兩個主要激光波長，其中1617nm的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)閾值(16% )高于1645nm的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)閾值(9% )，因此1617nm激光的獲得遠比1645nm激光困難。但是大氣中甲燒對1645nm的吸收約為0.lknT1，而對1617nm激光幾乎不吸收，所以通過Er:YAG激光器獲得1617nm的激光輸出已成為該領(lǐng)域研宄熱點和技術(shù)難點。
[0004]近年發(fā)展起來的石墨烯可飽和吸收體，具有調(diào)制范圍寬、低飽和能量、高損傷閾值、超快的吸收恢復(fù)時間、制備簡單等優(yōu)點，其在調(diào)Q、鎖模激光器中的應(yīng)用逐漸成為研宄熱點。最近有研宄人員采用摻Er3+1532nm光纖激光器作為同帶泵浦源，實現(xiàn)了 1645nm石墨烯被動調(diào)Q脈沖激光輸出。然而該類泵浦方案相對復(fù)雜，作為泵浦源的摻Er3+光纖激光器本身需要980nm LD作為泵浦源，這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)增加了整個系統(tǒng)體積，同時系統(tǒng)的總效率也受到第一級980nm LD泵浦摻Er3+光纖激光器效率的限制。如今，InGaAsP/InP的1.5 μπι LD已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，基于1.5ymLD同帶泵浦的Er:YAG激光器也不斷發(fā)展起來。該泵浦結(jié)構(gòu)相對簡單，只需要一級泵浦就可以得到1.6 μπι的人眼安全激光輸出。同時量子效率(系統(tǒng)總量子效率)可達90%左右。目前基于1.5 μπι LD同帶泵浦源技術(shù)，采用石墨烯作為可飽和吸收實現(xiàn)1617nm人眼安全被動調(diào)Q脈沖激光輸出還沒有相關(guān)研宄報道，所以采用1.5 μπιLD同帶泵浦源，利用石墨烯可飽和吸收體獲得1617nm脈沖激光輸出具有重要的應(yīng)用前景和研宄價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，利用窄線寬的1.5mm LD同帶泵浦Er:YAG激光晶體，其量子效率高，而且能很好的解決熱效應(yīng)帶來的負作用，采用石墨烯可飽和吸收鏡作為被動調(diào)Q器件，從而獲得結(jié)構(gòu)緊湊、高效率和高光束質(zhì)量的1617nm人眼安全波段的脈沖激光器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]一種同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，其特點在于其構(gòu)成包括帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬激光二極管，沿帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬激光二極管激光輸出方向依次是聚焦耦合系統(tǒng)，Er:YAG激光器的45°折疊前腔鏡，低摻雜Er:YAG晶體棒，石墨烯可飽和吸收鏡的后腔鏡，在Er = YAG激光器的輸出腔鏡和Er = YAG激光器的45°折疊前腔鏡之間插入起偏器和標準具，帶尾纖輸出的1.5_窄線寬激光二極管作為同帶泵浦源，經(jīng)過聚焦耦合系統(tǒng)聚焦到低摻雜Er = YAG晶體棒中，1617nm激光在Er: YAG激光器的耦合輸出腔鏡和Er:YAG激光器的后腔鏡之間形成的激光腔中振蕩產(chǎn)生脈沖激光。
[0008]所述的石墨烯可飽和吸收鏡是采用旋轉(zhuǎn)涂抹法將石墨烯轉(zhuǎn)移到Cu、Ag制成的反射式可飽和吸收鏡。
[0009]所述的Er: YAG激光器的45°折疊前腔鏡為平面鏡，鍍有1.5mm高透膜，1.6mm波段S偏振光高反膜。
[0010]所述的Er = YAG激光器的耦合輸出腔鏡為具有一定曲率半徑的凹面鏡，鍍有1.6mm波段部分增透膜。
[0011 ] 在Er: YAG激光器的耦合輸出腔鏡和Er: YAG激光器的石墨烯可飽和吸收鏡之間形成的激光腔中振蕩產(chǎn)生1617nm脈沖激光。另外由于腔內(nèi)插入了起偏器和標準具，這樣通過石墨烯可飽和吸收鏡被動調(diào)Q器件，可以得到偏振的窄線寬的1617nm人眼安全波段的脈沖激光輸出。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0013]1.本發(fā)明采用1.5mm LD同帶泵浦Er:YAG激光晶體，通過模式選擇得到1617nm激光輸出，大大提高了系統(tǒng)的量子效率。實現(xiàn)了系統(tǒng)的全固態(tài)，而且通過選模獲得了在大氣中更有利于傳輸?shù)?617nm脈沖激光。
[0014]2.本發(fā)明采用低摻雜的Er:YAG激光晶體作為增益介質(zhì)，能夠進一步抑制能量上轉(zhuǎn)換和自吸收帶來的損耗，同時也減小了由以上損耗帶來的熱效率，整個系統(tǒng)能夠得到高效高光束質(zhì)量的1617nm激光輸出。
[0015]3.本發(fā)明采用石墨烯可飽和吸收鏡作為被動調(diào)Q器件，使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，而且石墨烯轉(zhuǎn)移到Cu、Ag等有益于散熱的金屬上，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明1.5mm半導體激光器同帶泵浦Er:YAG晶體全固態(tài)1617nm被動調(diào)Q激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，圖1是本發(fā)明1.5mm半導體激光器同帶泵浦Er:YAG晶體全固態(tài)1617nm被動調(diào)Q激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。實施例如下:
[0018]帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬LDlOl的纖芯直徑為200mm，數(shù)值孔徑為0.22，線寬大約在lnm。聚焦耦合系統(tǒng)102由兩個凸透鏡組成，它們的焦距比為1:4。Er:YAG激光晶體104的摻雜濃度原子數(shù)比為0.25%，尺寸選用直徑Φ = 4mm，長度為40mm的圓棒結(jié)構(gòu)，分別用銀箔包裹放在冷卻熱沉中，溫度控制在18攝氏度。Er:YAG激光器的45°折疊的前腔鏡103鍍有1.5mm的高透膜T>95%，1.6到1.7mm的S偏振光高反膜。EriYAG激光器腔的耦合輸出腔鏡108為曲率半徑R = 500mm的凹面鏡，鍍有1617nm波段的部分過膜T = 20%。腔內(nèi)插入的標準具107為未鍍膜且厚度為Imm的石英平片。起偏器106在腔內(nèi)以布儒斯特角放置，對P方向偏振光高透。石墨烯可飽和吸收鏡105作為被動調(diào)Q器件，同時也為Er = YAG激光器的后腔鏡。該系統(tǒng)采用端面同帶泵浦方式，基于低摻雜的Er:YAG激光晶體棒104，能有效抑制能量上轉(zhuǎn)換和自吸收損耗，利用石墨烯可飽和吸收鏡105，得到了偏振的窄線寬的人眼安全波段的1617nm脈沖激光輸出。
【主權(quán)項】
1.一種同帶泵浦Er: YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，其特征在于其構(gòu)成包括帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬激光二極管(101)，沿帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬激光二極管(101)激光輸出方向依次是聚焦耦合系統(tǒng)(102)，Er:YAG激光器的45°折疊前腔鏡(103)，低摻雜Er = YAG晶體棒(104)，石墨烯可飽和吸收鏡(105)的后腔鏡，在Er: YAG激光器的輸出腔鏡(108)和Er:YAG激光器的45°折疊前腔鏡(103)之間插入起偏器(106)和標準具(107)，帶尾纖輸出的1.5mm窄線寬激光二極管(101)作為同帶泵浦源，經(jīng)過聚焦耦合系統(tǒng)(102)聚焦到低摻雜Er = YAG晶體棒(104)中，1617nm激光在Er: YAG激光器的耦合輸出腔鏡(108)和Er = YAG激光器的后腔鏡(105)之間形成的激光腔中振蕩產(chǎn)生脈沖激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，其特征是:所述的石墨烯可飽和吸收鏡(105)是采用旋轉(zhuǎn)涂抹法將石墨烯轉(zhuǎn)移到Cu、Ag制成的反射式可飽和吸收鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，其特征是:所述的Er = YAG激光器的45°折疊前腔鏡(103)為平面鏡，鍍有1.5mm高透膜，1.6mm波段S偏振光高反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，其特征是:所述的Er = YAG激光器的耦合輸出腔鏡(108)為具有一定曲率半徑的凹面鏡，鍍有1.6mm波段部分增透膜。
【專利摘要】一種同帶泵浦Er:YAG晶體的1617nm被動調(diào)Q激光器，采用了同帶泵浦技術(shù)使得激光器結(jié)構(gòu)緊湊、量子轉(zhuǎn)換效率高、熱效應(yīng)影響小，采用低摻雜的Er:YAG晶體作為激光增益介質(zhì)，可以減小能量上轉(zhuǎn)換和自吸收副作用。采用了被動調(diào)Q方式，因此整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、高效率和高光束質(zhì)量的全固態(tài)1617nm人眼安全波段的調(diào)Q脈沖激光輸出。
【IPC分類】H01S3-16, H01S3-13, H01S3-0941, H01S3-098
【公開號】CN104538823
【申請?zhí)枴緾N201410834142
【發(fā)明人】王明建, 陳衛(wèi)標, 孟俊清, 侯霞, 于真真
【申請人】中國科學院上海光學精密機械研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月23日