半導體激光端面泵浦Er：YSGG電光調(diào)Q激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體是一種半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]2.79 μπι波長的鉺激光在生物醫(yī)療、科研、軍事等領(lǐng)域有著重要的應用。高峰值功率、高脈沖能量、高重復頻率、高的光學質(zhì)量的2.79 μπι脈沖激光用作光學參量振蕩器的栗浦源，以獲得足夠強的3-12 μπι的中紅外激光，在光譜儀、大氣探測、毒氣檢測、光電對抗等領(lǐng)域有著重要的應用。因此，發(fā)展2.79 μπι窄脈沖、高能量、高重復頻率的激光技術(shù)和激光器具有重要的應用價值。
[0003]閃光燈栗浦系統(tǒng)的熱效應嚴重，轉(zhuǎn)換效率低，難以獲得高重頻高能量的激光輸出。半導體激光側(cè)向栗浦的鉺激光能夠獲得高重復頻率高能量的靜態(tài)激光輸出，但在電光調(diào)Q系統(tǒng)中，由于鉺晶體中存在較嚴重的熱致雙折射效應，導致的熱退偏，無法實現(xiàn)高頻輸出；同樣受到電光調(diào)Q晶體、起偏器、腔片膜系損傷閾值的限制，無法實現(xiàn)高能量、高的光學質(zhì)量的調(diào)Q激光輸出。
[0004]利用光纖輸出的半導體激光端面栗浦Er:YSGG晶體、L G S調(diào)Q晶體、介質(zhì)膜起偏器為主要部件組成的激光振蕩器，在較低的栗浦功率的條件下，實現(xiàn)高重復頻率、窄脈寬、高質(zhì)量的種子激光的輸出；再通過側(cè)向栗浦模塊實現(xiàn)放大，可實現(xiàn)高重復率、高能量、高的光學質(zhì)量、窄線寬的高能激光。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，可作為種子激光，以解決現(xiàn)有實現(xiàn)高重復率、高能量、高的光學質(zhì)量、窄線寬的2.79 μπι激光的技術(shù)問題。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:包括由Er:YSGG激光晶體構(gòu)成的激光棒，激光棒前端前方沿激光棒中心軸線延伸線依次設(shè)置有起偏器、由硅酸鎵鑭晶體構(gòu)成的LGS電光調(diào)Q晶體、輸出腔片，激光棒后端后方沿激光棒中心軸線延伸線依次設(shè)置有45度反射鏡、準直聚焦透鏡，所述準直聚焦透鏡前端朝向激光棒后端，激光棒后端后方位于45度反射鏡反射面一側(cè)依次設(shè)置有1/4波片、后腔片；還包括有控制器、半導體激光器、半導體激光電源、退壓調(diào)Q高壓模塊，所述半導體激光器通過石英光纖與準直聚焦透鏡后端耦合連接，所述半導體激光電源、退壓調(diào)Q高壓模塊分別接入控制器，且半導體激光電源供電至半導體激光器，退壓調(diào)Q高壓模塊與LGS電光調(diào)Q晶體連接。
[0007]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述激光棒中，Er:YSGG激光晶體為柱狀結(jié)構(gòu)，Er:YSGG激光晶體前、后端面分別鍵合YSGG晶體，且Er: YSGG激光晶體前、后端面分別鍍2.79um和966nm的增透膜，Er: YSGG激光晶體摻雜濃度在30-50%之間；整個激光棒用導熱較好的銦紙包裹放置在熱沉中，熱沉采用導熱較好的紫銅材質(zhì)，并采用TEC進行換熱，用風扇帶走換下來的熱量，實現(xiàn)激光晶體的溫度控制。
[0008]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述半導體激光器中心波長為966nm，QCW模式，峰值功率大于150W，半導體激光器通過直徑為200-600um的石英光纖，將激光傳導至準直聚焦透鏡，準直聚焦透鏡對半導體激光進行準直后聚焦入射到激光棒端面，放大比為1:2?1:4。
[0009]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:構(gòu)成LGS電光調(diào)Q晶體的硅酸鎵鑭晶體是單軸旋光晶體，在波長為2.79 μ m處的折射率n=l.8556，損傷閾值達750MW/cm2，硅酸鎵鑭晶體沿X_Y_Z方向切割為長方體，X軸方向加電場，兩Υ_Ζ面對稱平行鍍金作為電極；沿Ζ軸方向通光，雙Χ-Υ面鍍2.79 μ m增透膜。
[0010]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述1/4波片由氟化鎂、或YSGG晶體、或YAG晶體、或氟化鈣或A1203加工制成，1/4波片通光口徑為12mm，雙面鍍2.79 μ m的增透膜，垂直于光路，光軸方向平行于偏振方向，置于45度反射鏡片與后腔片之間。
[0011]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述45度反射鏡由K9、沿45度入射，靠近激光晶體的一面鍍2.79 μ m的全反膜和966nm的高透膜，靠近準直聚焦透鏡另一面鍍966nm的增透膜。
[0012]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述起偏器是入射的布儒斯特角介質(zhì)膜起偏器，由白寶石、或YSGG晶體、或YAG晶體、或氟化鎂、或氟化鈣片鍍膜制成，要求對Tp分量透過，Ts分量反射，要求消光比大于100:1，損傷閾值大于200Mff/cm2o
[0013]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述后腔片和輸出腔片均為白寶石、或YSGG晶體、或YAG晶體、或氟化鈣或氟化鎂制成，其中后腔片靠近1/4波片的面鍍2.79 μ m全反膜，輸出腔片靠近LGS電光調(diào)Q晶體的面鍍5°/『95%反射膜。靠近腔外的面鍍2.79 μ m增透膜。
[0014]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述半導體激光電源的工作頻率為1?500Hz，脈寬在50 μ s-1000 μ s可調(diào)，電流在0-10A，占空比小于50%。
[0015]所述的半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，其特征在于:所述控制器對半導體激光電源的參數(shù)進行設(shè)置和控制，并產(chǎn)生同步脈沖信號對退壓調(diào)Q高壓模塊進行觸發(fā)。
[0016]本發(fā)明的調(diào)Q原理，通過使用調(diào)Q技術(shù)改變激光器的閾值來使上能級粒子數(shù)大量積累。當積累到最大值時突然使腔的損耗減小，激光振蕩迅速建立，上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被迅速消耗，從而獲得峰值功率很高的巨脈沖。
[0017]本發(fā)明提供一種具有高重復頻率、納秒級脈寬、高光學質(zhì)量的端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，該激光器具有重復頻率高、輸出功率穩(wěn)定以及光學質(zhì)量優(yōu)等特點。本發(fā)明采用的半導體栗浦Er:YSGG晶體將大大減小激光器的熱效應，提高轉(zhuǎn)換效率和重復頻率，采用端面栗浦技術(shù)大大提高了光學質(zhì)量和重復頻率，通過電光調(diào)Q壓窄脈寬從而實現(xiàn)高重復率、窄脈寬、高光學質(zhì)量的2.79um的激光輸出。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于:
(1)本發(fā)明采用半導體激光端面栗浦Er:YSGG晶體，產(chǎn)生脈沖激光。利用半導體栗浦系統(tǒng)有利于減小熱效應，使得輸出激光穩(wěn)定。通過晶體軸向的栗浦增長了吸收距離，有利于栗浦光的吸收。而栗浦光在激光晶體集中在有限的幾何空間內(nèi)，使得栗浦密度提高，激光閾值下降，從而獲得高頻小能量的輸出。
[0019](2)本發(fā)明采用光纖耦合半導體激光進行栗浦，栗浦光束均勻，有利于產(chǎn)生極高的輸出激光的光學質(zhì)量。
[0020](3)本發(fā)明采用退壓調(diào)Q高壓模塊，LGS調(diào)Q晶體選用硅酸鎵鑭(La3Ga5Si014，LGS)晶體，該晶體不潮解、物理化學性能穩(wěn)定，在2.79 μ m波長的透光性好，損傷閾值高，具有其它調(diào)Q晶體無法比擬的優(yōu)勢，保證中紅外脈沖激光器輸出脈沖短、光束質(zhì)量好，長期工作穩(wěn)定可靠。
[0021 ] (4)本發(fā)明LGS調(diào)Q晶體采用硅酸鎵鑭晶體，為減小四分之一波電壓，將X_Y_Z方向切割的LGS電光調(diào)Q晶體設(shè)計為長方體，在晶體X軸方向加橫向電場(電場方向與光路垂直)，兩Υ-Ζ面鍍金作為電極保證了電場的均勻性，沿Ζ軸方向通光，雙Χ-Υ面鍍2.79 μ m增透膜，體積小，結(jié)構(gòu)簡單可靠。
[0022](5)本發(fā)明激光器使用波片補償熱退偏技術(shù)，解決了高能量栗浦時熱退偏問題，使得輸出的激光光斑模式好，能量分布均勻。
[0023](6)本發(fā)明激光器的栗浦光源工作在調(diào)制模式和較低的功率水平下，降低熱透鏡和熱退偏。
[0024](7)本發(fā)明采用半導體栗浦Er:YSGG晶體，將大大減小激光器的熱效應，提高轉(zhuǎn)換效率和重復頻率，可獲得高光束質(zhì)量的2.79 μ m激光輸出。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。
[0026]圖2為本發(fā)明光路部分局部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0027]參見圖1、圖2所示，半導體激光端面栗浦Er:YSGG電光調(diào)Q激光器，包括由Er:YSGG激光晶