專利名稱：激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器，特別是一種激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，尤其是整個(gè)腔型結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體二極管的泵浦方式。
背景技術(shù)：
具有白鎢礦結(jié)構(gòu)的Nd:CaWO4晶體是最早實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)激光輸出的晶體，而氟化釔鋰(以下簡(jiǎn)稱為YLF)晶體是白鎢酸鈣晶體以后，至今從白鎢礦結(jié)構(gòu)晶體材料中篩選出來(lái)的很有用的激光基質(zhì)晶體。它具有四方晶系結(jié)構(gòu)，三價(jià)稀土離子可取代Y3+格位，而無(wú)需電荷補(bǔ)償，所以很多稀土離子摻入后都實(shí)現(xiàn)了偏振激光的輸出。當(dāng)銩Tm3+和鈥Ho3+同時(shí)摻雜在YLF晶體中時(shí)，可以產(chǎn)生2μm波長(zhǎng)的激光。
參見圖1，Tm3+和Ho3+共摻產(chǎn)生2μm波長(zhǎng)的過(guò)程如下由波長(zhǎng)為792nm的泵浦光把粒子從Tm3+:3H6態(tài)激發(fā)到Tm3+:3H4態(tài)；當(dāng)Tm3+的摻雜濃度超過(guò)一定值時(shí)，橫向弛豫過(guò)程就會(huì)發(fā)生，即Tm3+:3H4態(tài)粒子向下躍遷輻射，同時(shí)Tm3+:3H6態(tài)粒子向上激發(fā)，最終兩個(gè)粒子穩(wěn)定在Tm3+:3F4態(tài)下；由于Tm3+:3F4態(tài)與Ho3+:5I7態(tài)靠的很近，兩者容易進(jìn)行能量交換；Tm3+:3F4態(tài)向Ho3+:5I7態(tài)有效的能量轉(zhuǎn)移使Ho3+在5I7態(tài)能級(jí)有顯著的集居，最終導(dǎo)致Ho3+從5I7態(tài)向5I8態(tài)躍遷，便產(chǎn)生了2μm激光。
在雙摻晶體中，嚴(yán)重的上轉(zhuǎn)換損耗和能量反轉(zhuǎn)移使得激光器能量和平均功率放大變得困難，這些效應(yīng)產(chǎn)生大的熱負(fù)載，限制了激光性能。但是由于YLF是一個(gè)低聲子能材料，所以同其他基質(zhì)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，其上轉(zhuǎn)換損耗小，具有好的抗光學(xué)損傷能力，沒有熱誘發(fā)的雙折射，所以輸出激光的性能比較好。
參見圖2，現(xiàn)有的Tm，Ho:YLF激光器包括激光二極管21、圓透鏡22、柱透鏡23、圓透鏡24、Tm，Ho:YLF晶體25、制冷器26和輸出鏡27。由功率為3W的激光二極管發(fā)出的792nm波長(zhǎng)的激光經(jīng)過(guò)8mm焦距的圓透鏡22進(jìn)行會(huì)聚，然后通過(guò)100mm焦距的柱透鏡23進(jìn)行整形，最后經(jīng)過(guò)50mm的圓透鏡24聚焦到Tm，Ho:YLF晶體的表面。泵浦光經(jīng)過(guò)這樣的耦合后，可以聚焦到100×100μm2的范圍內(nèi)。這種光束整形系統(tǒng)的耦合效率能達(dá)到91％。晶體的前表面和輸出耦合鏡構(gòu)成一個(gè)平凹腔，使整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)變得非常簡(jiǎn)單緊湊。該激光系統(tǒng)獲得波長(zhǎng)2.067μm的輸出，功率為393mW，光光效率為14％。
可見，這種端面泵浦方式的激光器不能獲得大功率激光的輸出，對(duì)很多應(yīng)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，以實(shí)現(xiàn)大脈沖能量的2μm激光輸出，且要求結(jié)構(gòu)緊湊。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，包括一個(gè)經(jīng)過(guò)微柱透鏡初步耦合的激光二極管陣列、耦合系統(tǒng)和激光諧振腔，其特點(diǎn)是所述的耦合系統(tǒng)是由兩個(gè)正交設(shè)置的柱透鏡組成的，該2個(gè)柱透鏡分別對(duì)應(yīng)激光二極管陣列的快軸和慢軸方向；所述的激光諧振腔是由后反射鏡和前反射鏡組成，中間放置Tm:Ho:LuLF晶體，后反射鏡鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的全反膜，前反射鏡是輸出鏡，鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的部分透射膜，所述的Tm:Ho:LuLF晶體的一個(gè)側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的增透膜，與之相對(duì)的另一側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的全反膜，所述的激光二極管陣列發(fā)出的激光經(jīng)耦合系統(tǒng)耦合后照射到所述的Tm:Ho:LuLF晶體的具有泵浦光增透膜的一側(cè)面上。
所述的激光諧振腔是短腔長(zhǎng)的平平腔或平凹腔。
所述的激光二極管陣列經(jīng)過(guò)微柱透鏡初步耦合的激光二極管陣列，發(fā)出中心波長(zhǎng)為792nm的激光。
所述的Tm:Ho:LuLF晶體為晶體板條。
本發(fā)明所述的LD泵浦Tm:Ho:LuLF晶體激光器，使用了高功率高效率的激光二極管、用于側(cè)面泵浦的耦合系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的諧振腔，實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)2μm激光的脈沖輸出。本發(fā)明基于Tm:Ho:LuLF晶體中Ho離子從5I7態(tài)向5I8態(tài)躍遷產(chǎn)生2.053μm的激光，從而首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)LD泵浦下的Tm:Ho:LuLF激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、高效的簡(jiǎn)易腔型結(jié)構(gòu)使激光輸出更容易；
2、與現(xiàn)有的Tm:Ho:YLF激光器相比，Tm:Ho:LuLF的吸收系數(shù)大，所以泵浦閾值降低；而且LuLF比YLF的上轉(zhuǎn)換損耗小的多，所以更容易實(shí)現(xiàn)大功率激光輸出；3、高功率激光二極管的使用及其側(cè)面泵浦方式使泵浦光可以泵浦到工作物質(zhì)的各個(gè)部分和方向，可以充分利用介質(zhì)激活區(qū)；泵浦比較均勻，熱效應(yīng)較??；可以在工作物質(zhì)的長(zhǎng)度范圍內(nèi)加更多的激光二極管，因此容易獲得大功率激光輸出；4、2μm激光大脈沖能量的輸出在遙感和光通信方面有重要的應(yīng)用前景，為激光測(cè)距機(jī)、相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)提供理想的光源。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是Tm，Ho共摻系統(tǒng)的基本能級(jí)結(jié)構(gòu)。
圖2是公開文章(Xinlu Zhang，Youlun Ju，Yuezhu Wang.Diode-end-pumped room temperature Tm，HoYLF lasers.J.OPTICS EXPRESS，2005，13(11)4056～4063)中的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
先請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，包括一個(gè)經(jīng)過(guò)微柱透鏡初步耦合的激光二極管陣列1、耦合系統(tǒng)2和激光諧振腔3，所述的耦合系統(tǒng)2是由兩個(gè)正交設(shè)置的柱透鏡201、202組成，該2個(gè)柱透鏡分別對(duì)應(yīng)激光二極管陣列1的快軸和慢軸方向進(jìn)行耦合；所述的激光諧振腔3是由后反射鏡301和前反射鏡303組成，中間放置了Tm:Ho:LuLF晶體302，后反射鏡301鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的全反膜，前反射鏡303是輸出鏡，鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的部分透射膜，所述的Tm:Ho:LuLF晶體302的一個(gè)側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的增透膜，與之相對(duì)的另一側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的全反膜，所述的激光二極管陣列1發(fā)出的中心波長(zhǎng)為792nm的光作為泵浦光經(jīng)耦合系統(tǒng)2耦合后照射到所述的Tm:Ho:LuLF晶體302的具有泵浦光增透膜的一側(cè)面上。
參見圖3，以激光二極管陣列側(cè)面泵浦和平平腔為例
Tm:Ho:LuLF晶體經(jīng)過(guò)定向切割和光學(xué)加工，長(zhǎng)度為5mm，端面大小為3mm×3mm。
所述的激光諧振腔是平平腔，激光諧振腔長(zhǎng)度在80-100mm之間。中心輸出波長(zhǎng)為792nm的激光二極管陣列經(jīng)過(guò)微柱透鏡準(zhǔn)直輸出并經(jīng)過(guò)柱透鏡聚焦系統(tǒng)2，其中柱透鏡焦距約為40mm，之后792nm激光聚焦到Tm:Ho:LuLF晶體302上。激光晶體302的長(zhǎng)度為5mm，Tm的含量為6atm％，Ho的含量為0.5atm％，兩端面鍍2.053μm增透膜，聚焦透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)在晶體中間。后反射鏡對(duì)2.053μm波長(zhǎng)的光全反射，前反射鏡所鍍的膜對(duì)2.053μm波長(zhǎng)的光是80％反射，這樣整個(gè)系統(tǒng)就能形成激光振蕩。經(jīng)過(guò)不斷光學(xué)調(diào)節(jié)和準(zhǔn)直后就可以獲得2.053μm的激光脈沖輸出，單脈沖能量可以達(dá)到10mJ以上。
綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，激光輸出波長(zhǎng)在2m附近，并且脈沖重復(fù)頻率可調(diào)、單脈沖能量大，因此在激光測(cè)距、相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，包括一個(gè)經(jīng)過(guò)微柱透鏡初步耦合的激光二極管陣列(1)、耦合系統(tǒng)(2)和激光諧振腔(3)，其特征在于所述的耦合系統(tǒng)(2)是由兩個(gè)正交設(shè)置的柱透鏡(201、202)組成，該2個(gè)柱透鏡分別對(duì)應(yīng)激光二極管陣列(1)的快軸和慢軸方向；所述的激光諧振腔(3)是由后反射鏡(301)和前反射鏡(303)組成，中間放置了Tm:Ho:LuLF晶體(302)，后反射鏡(301)鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的全反膜，前反射鏡(303)是輸出鏡，鍍上對(duì)2.053μm波長(zhǎng)光的部分透射膜，所述的Tm:Ho:LuLF晶體(302)的一個(gè)側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的增透膜，與之相對(duì)的另一側(cè)面鍍上對(duì)泵浦光的全反膜，所述的激光二極管陣列(1)發(fā)出的激光經(jīng)耦合系統(tǒng)(2)耦合后照射到所述的Tm:Ho:LuLF晶體(302)的具有泵浦光增透膜的一側(cè)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，其特征在于所述的激光諧振腔(3)是短腔長(zhǎng)的平平腔或平凹腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，其特征在于所述的激光二極管陣列(1)發(fā)出中心波長(zhǎng)為792nm的激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，其特征在于所述的Tm:Ho:LuLF晶體(302)為晶體板條。
全文摘要
一種激光二極管側(cè)面泵浦的銩鈥雙摻的氟化镥鋰晶體激光器，其特點(diǎn)是采用激光二極管陣列側(cè)面泵浦；所述的激光諧振腔是由后反射鏡和前反射鏡組成，中間放置了Tm:Ho:LuLF晶體，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，泵浦閾值低，激光輸出波長(zhǎng)在2μm附近，并且脈沖重復(fù)頻率可調(diào)，脈沖能量大的優(yōu)點(diǎn)，在激光測(cè)距、相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S3/16GK101039012SQ20061014807
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者趙媛媛, 陳衛(wèi)標(biāo), 侯霞, 喬亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所