一種實(shí)現(xiàn)2μm波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種激光器，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)2 μπι波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光的發(fā)明是一項(xiàng)劃時(shí)代的成就，對人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著激光技術(shù)、激光器件的不斷發(fā)展，人們對高效率、高光束質(zhì)量、結(jié)構(gòu)緊湊和穩(wěn)定性好的激光器的需求越來越迫切。由于半導(dǎo)體泵浦固體激光器具有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、便于攜帶、便于維護(hù)和操作，它剛一出現(xiàn)便受到了激光器研宄者的重視。
[0003]2 μπι波段高相干的輻射光源，在激光測距、激光遙感、激光成像、光電對抗、醫(yī)學(xué)診斷和治療、科學(xué)儀器、材料處理、光學(xué)信號處理、數(shù)據(jù)處理和差分吸收激光雷達(dá)的環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域已顯示出越來越廣泛的應(yīng)用前景。低溫條件下工作的Tm，Ho固體激光器是獲得2 μ m波段大功率激光輸出的有效途徑之一。目前，一些技術(shù)已趨于成熟，一些國家已經(jīng)研制出軍用大功率2 μπι波段激光器。由于低溫制冷設(shè)備(一般為裝液氮的杜瓦瓶，制冷溫度在77Κ)不方便在工程上使用，這大大限制了 2 μ m波段激光的應(yīng)用。為了進(jìn)一步擴(kuò)大2 μ m波段激光的應(yīng)用范圍，以及相關(guān)設(shè)備使用的靈活性、機(jī)動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)常溫2 μ m波段激光的大功率輸出顯得十分重要。采用Tm激光泵浦單摻Ho3+晶體，是在常溫下獲得大功率2 μπι激光的解決方案。但目前2 μπι波段激光的可調(diào)諧窄線寬激光很難實(shí)現(xiàn)，窄線寬激光器的寬譜調(diào)諧范圍就更窄。根據(jù)目前報(bào)道，很難實(shí)現(xiàn)150nm以上的連續(xù)寬譜可調(diào)諧，報(bào)道中調(diào)諧范圍最大的是:哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李玉峰等人利用Tm:GdV04作為激光介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了 1820?1946nm的輸出調(diào)諧[Chinese Phys.Lett.24724]，調(diào)諧范圍126nm。但其波長并未覆蓋2 μ m波段，而且此波長范圍與水分子吸收峰重疊，因此限制了此類激光器在光學(xué)參量振蕩獲激光光譜測試中的應(yīng)用。本實(shí)用新型采用Ho離子摻雜的硅酸鈧(SSO)作為激光介質(zhì)，理論上可實(shí)現(xiàn)200nm左右的調(diào)諧范圍，且波長范圍覆蓋2 μ m波段，可有效拓展此類激光器的應(yīng)用范圍。
[0004]中國專利(申請?zhí)?01410619809.2)提供一種窄線寬2 μm激光器裝置，包括1.9 μ m激光泵浦源、光學(xué)親合系統(tǒng)、摻鈥離子激光晶體、Q開關(guān)、第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡和反饋鏡，可以實(shí)現(xiàn)窄線寬5 μπι的激光輸出，但是沒有解決調(diào)諧范圍的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有2 μπι波段激光器調(diào)諧范圍窄的問題而提供一種實(shí)現(xiàn)2 ym波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括激光泵浦源、耦合聚焦系統(tǒng)、輸入鏡、激光晶體和輸出鏡，在激光晶體和輸出鏡之間還設(shè)置有波長調(diào)制棱鏡，所述激光晶體是Ho:SSO晶體。
[0007]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.在所述激光晶體與波長調(diào)制棱鏡之間設(shè)置有45°反射鏡。
[0009]2.所述輸出鏡采用體光柵，且體光柵鍍膜的通過帶寬是200nm。
[0010]3.所述激光泵浦源采用Tm: YAP激光器。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型選用硅酸鈧作為激光介質(zhì)，將Ho摻雜到硅酸鈧(SSO)中，可獲得強(qiáng)場耦合晶體Ho: SSO晶體，而Ho: SSO晶體具有較寬的吸收帶及200nm左右的寬熒光譜線，能級劈裂大，本實(shí)用新型還采用波長調(diào)制棱鏡作為腔內(nèi)調(diào)制元件，可以實(shí)現(xiàn)激光波長的連續(xù)調(diào)諧，也即實(shí)現(xiàn)2 μπι波段高功率、寬調(diào)諧連續(xù)激光輸出，可滿足光譜測量中對高能寬譜激光光源的需求，為光譜檢測提供合適的光源，也解決了現(xiàn)有2 μ m波段激光器調(diào)諧范圍窄的問題。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施案例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是HckSSO晶體的發(fā)射譜和吸收譜示意圖，其中A代表HckSSO晶體的吸收強(qiáng)度譜線，B代表HckSSO晶體的熒光發(fā)射譜線；
[0014]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施案例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]本實(shí)用新型所述的實(shí)現(xiàn)2 μπι波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的方法為:首先選用硅酸鈧(Sc2S15)作為激光介質(zhì)，采用提拉生長法將Ho3+摻雜入SSO晶體中，使之取代晶格中的Sc離子，SSO晶體屬于低對稱單斜晶系，晶體中Sc( I )和Sc( II )格位均為6配位，使得摻入的Ho3+具有強(qiáng)場耦合特性，電子殼層受晶場影響，基態(tài)能級分裂大，Ho 3+摻入強(qiáng)場耦合SSO基質(zhì)中，室溫下基態(tài)Stark能級劈裂ΔΕ大幅增加，達(dá)到712CHT1，由于強(qiáng)場親合和多格位特征會(huì)寬化摻Ho3+激光晶體的吸收和發(fā)射光譜，進(jìn)而增加輸出激光波長的調(diào)諧范圍。經(jīng)前期初步研宄發(fā)現(xiàn)，Ho:SSO晶體常溫下有較寬且平坦的發(fā)射光譜(FWHM= 193nm)。然后采用“L”型腔作為激光諧振腔，使2微米激光在腔內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)振蕩，采用腔內(nèi)調(diào)節(jié)方式，即將波長調(diào)制棱鏡放入諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光輸出的寬譜調(diào)節(jié)，同時(shí)采用限制輸出波長線寬的體光柵作為激光諧振腔的輸出腔鏡，激光振蕩本征光由于調(diào)制棱鏡的作用在腔內(nèi)產(chǎn)生色散，系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)輸出體光柵的角度來精細(xì)調(diào)節(jié)輸出波長，同時(shí)體光柵壓縮了輸出激光的線寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了輸出激光的寬調(diào)諧、窄線寬精細(xì)調(diào)節(jié)?；谏鲜龇椒?，本實(shí)用新型的實(shí)施例如下:
[0017]實(shí)施案例一:結(jié)合圖1，本實(shí)用新型包括激光泵浦源1、耦合聚焦系統(tǒng)2、輸入鏡3、激光晶體4和輸出鏡6，在激光晶體4和輸出鏡6之間還設(shè)置有波長調(diào)制棱鏡5，所述激光晶體4是Ho: SSO晶體。激光泵浦源I發(fā)出的泵浦光依次經(jīng)過耦合聚焦系統(tǒng)2和輸入鏡3進(jìn)入HoiSSO晶體4，HoiSSO晶體4產(chǎn)生的激光在輸入鏡3和輸出鏡6構(gòu)成的諧振腔內(nèi)振蕩，并經(jīng)輸出鏡6輸出，波長調(diào)制棱鏡5位于諧振腔內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)激光波長的連續(xù)調(diào)諧，諧振腔為平凹腔。本實(shí)用新型所述的輸出鏡6采用體光柵實(shí)現(xiàn)，且體光柵鍍膜的通過帶寬是200nm ;所述激光泵浦源采用Tm:YAP激光器，輸出波長為1940nm。也即本實(shí)用新型采用Ho:SSO晶體作為激光晶體4，采用波長調(diào)制棱鏡5來實(shí)現(xiàn)激光波長的連續(xù)調(diào)諧，采用體光柵作為輸出鏡6。而Ho:SSO晶體作為一種新的激光晶體，具有非常寬的熒光譜線，將Ho(鈥)離子摻雜到SSO(娃酸坑)中后，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)場親合效應(yīng)，使得Ho: SSO晶體具有尚能級劈裂，尚上能級粒子布居數(shù)，進(jìn)而熒光譜線很寬，達(dá)到200nm，因此為實(shí)現(xiàn)激光器的寬譜調(diào)諧提供了有力的支撐作用。波長調(diào)制棱鏡5作為腔內(nèi)波長調(diào)制元件，配合激光諧振腔，可實(shí)現(xiàn)激光晶體熒光譜線內(nèi)的寬譜連續(xù)可調(diào)。而體光柵的作用是輸出調(diào)諧后的激光束，為達(dá)到寬譜調(diào)節(jié)，鍍膜方面通過帶寬設(shè)為200nm，同時(shí)能夠壓縮線寬，以實(shí)現(xiàn)窄線寬的激光輸出。
[0018]圖2是Ho:SS0晶體的發(fā)射譜和吸收譜示意圖，圖2中Ho:SS0激光晶體的吸收譜線，采用1940nm輸出的ΤπκΥΑΡ激光器作為激光泵浦源1，激光泵浦源I輸出的激光在自由空間傳輸，并經(jīng)過耦合聚焦系統(tǒng)2，整形成與激光模式相匹配的激光束。整型后的激光束經(jīng)由激光器諧振腔輸入鏡3進(jìn)入諧振腔，輸入鏡3鍍膜方面必須保證泵浦光全部進(jìn)去，而寬帶的激光熒光譜線(200nm)的范圍內(nèi)，必須具有高反射率。泵浦光通過Ho: SSO晶體4，Ho: SSO晶體4兩端鍍有泵浦光及發(fā)射激光同時(shí)高透過率的膜，HckSSO晶體4中實(shí)現(xiàn)粒子躍迀及能級翻轉(zhuǎn)，激光波長調(diào)制棱鏡6是實(shí)現(xiàn)Ho: SSO激光器連續(xù)激光輸出調(diào)諧的主要器件，Ho: SSO具有很寬的熒光譜線，在激光諧振腔鍍膜的作用下，可在200nm范圍內(nèi)起振，通過波長調(diào)制棱鏡5的角度調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)激光輸出的連續(xù)調(diào)諧。體光柵的作用是輸出調(diào)諧后的激光束，為達(dá)到寬譜調(diào)節(jié)，鍍膜方面通過帶寬設(shè)為200nm，同時(shí)達(dá)到窄線寬的激光輸出。
[0019]實(shí)施案例二:基于上述實(shí)施案例并結(jié)合圖3，本實(shí)用新型還可以是:在所述激光晶體4與波長調(diào)制棱鏡5之間設(shè)置有45°反射鏡7，也即采用“L”型諧振腔，且45°反射鏡7用于對諧振腔內(nèi)的光進(jìn)行45°反射?？梢愿淖儽闷止饧扒粌?nèi)激光束的傳輸方向，有效減小激光器物理腔長，節(jié)省激光器整體體積，同時(shí)也可有效濾掉泵浦光，防止激光與泵浦光同時(shí)輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)2 μ m波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，包括激光泵浦源、耦合聚焦系統(tǒng)、輸入鏡、激光晶體和輸出鏡，其特征在于:在激光晶體和輸出鏡之間還設(shè)置有波長調(diào)制棱鏡，所述激光晶體是Ho:SSO晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)2μ m波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，其特征在于:在所述激光晶體與波長調(diào)制棱鏡之間設(shè)置有45°反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)2μπι波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，其特征在于:所述輸出鏡采用體光柵，且體光柵鍍膜的通過帶寬是200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)2μπι波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，其特征在于:所述激光泵浦源采用Tm:YAP激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)現(xiàn)2y m波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，其特征在于:所述激光泵浦源采用Tm:YAP激光器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的是一種實(shí)現(xiàn)2μm波段寬調(diào)諧窄線寬激光輸出的激光器，包括激光泵浦源、耦合聚焦系統(tǒng)、輸入鏡、激光晶體和輸出鏡，在激光晶體和輸出鏡之間還設(shè)置有波長調(diào)制棱鏡，所述激光晶體是Ho:SSO晶體。本實(shí)用新型是解決了現(xiàn)有2μm波段激光器調(diào)諧范圍窄的問題，采用Ho:SSO作為激光晶體，采用波長調(diào)制棱鏡來實(shí)現(xiàn)激光波長的連續(xù)調(diào)諧，采用體光柵作為輸出鏡，采用Tm:YAP激光器作為泵浦源，諧振腔為“L”型平凹腔。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)2μm波段高功率、寬調(diào)諧連續(xù)激光輸出，可滿足光譜測量中對高能寬譜激光光源的需求。
【IPC分類】H01S3-094, H01S3-106, H01S3-16
【公開號】CN204497564
【申請?zhí)枴緾N201520151771
【發(fā)明人】楊曉濤, 沈元, 趙嫦欣, 葛明, 王忠巍
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月17日