專利名稱：2μm全固態(tài)脈沖環(huán)形激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全固態(tài)激光器，特別是一種2//m全固態(tài)脈沖激光器。
背景技術(shù)：
2/^波段的激光由于具有良好的大氣穿透性和人眼安全等特點(diǎn)，近年來，逐漸
引起人們的極大興趣。這種激光器被認(rèn)為是人眼安全遠(yuǎn)程探測(cè)系統(tǒng)，如相干多普勒
測(cè)風(fēng)雷達(dá)、差分吸收雷達(dá)等系統(tǒng)的理想光源，并且它還是獲得3-5//附波段光學(xué)參量
振蕩器激光輸出的理想抽運(yùn)源。
特別是在相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)上的應(yīng)用，2/^脈沖相干探測(cè)雷達(dá)能夠準(zhǔn)確的提
供出二氧化碳垂直輪廓和對(duì)流層的風(fēng)場(chǎng)輪廓。在這種雷達(dá)系統(tǒng)中,關(guān)鍵要有一個(gè)可靠
的，高能量的2/^激光發(fā)射源。并且相干探測(cè)激光雷達(dá)逐步從在地基雷達(dá)的基礎(chǔ)
上，向空間發(fā)展，星載相干雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)激光能量要求更高(達(dá)到單脈沖能量焦耳量
級(jí))。2//m激光的研究，各國(guó)已經(jīng)廣泛開展。但是要獲得高能量的激光脈沖輸出，
根據(jù)已有的研究結(jié)果， 一般采用固體激光增益介質(zhì)較容易實(shí)現(xiàn)。1998年，美國(guó)NASA Langley研究中心采用鈥銩共摻氟化釔鋰(Ho:Tm:YLF)晶體作為增益介質(zhì)，得到在重 復(fù)頻率為6Hz時(shí)，單脈沖能量為125mJ的2.05 u m激光的輸出。2004年，利用傳
導(dǎo)冷卻的方式得到2/^調(diào)Q激光400mJ的能量輸出。2006年，采用主振蕩脈沖放
大系統(tǒng)(MOPA)，包括一個(gè)振蕩級(jí)， 一個(gè)前置放大級(jí)，和兩個(gè)正式放大級(jí)，獲得
單脈沖能量1J的激光輸出。當(dāng)然，其他國(guó)家也有開展2/^固體激光的研究，這里
不一一列舉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了獲得相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)所需要的光源，提供一種2/^ 全固態(tài)脈沖激光器，來獲得人眼安全的、大脈沖能量和單頻窄線寬的2/^r激光。 本發(fā)明技術(shù)解決方案是
一種2/^全固態(tài)脈沖激光器，其特點(diǎn)在于由泵浦頭、環(huán)形激光諧振腔、聲光Q開關(guān)和種子激光注入系統(tǒng)構(gòu)成，所述的環(huán)形激光諧振腔由輸入輸出耦合鏡、全反射 平面鏡、第一凹面鏡、第二凹面鏡至所述的輸入輸出耦合鏡構(gòu)成8字形光路的環(huán)形
諧振腔，所述的聲光Q開關(guān)位于所述的環(huán)形激光諧振腔的束腰處，所述的種子激光
注入系統(tǒng)發(fā)出的種子激光由所述的輸入輸出耦合鏡注入所述的環(huán)形激光諧振腔，所 述的泵浦頭由泵浦源、柱透鏡和激光棒組成，所述的激光棒置于所述的環(huán)形激光諧 振腔內(nèi)的光路中，所述的泵浦源是包括多組激光二極管陣列，每組激光二極管陣列 沿所述的激光棒的長(zhǎng)度方向排列經(jīng)過各自的柱透鏡圍繞所述的激光棒呈中心對(duì)稱分 布。
所述的泵浦源是中心波長(zhǎng)為792nm激光二極管陣列。 所述的激光棒是由雙摻銩鈥的氟化镥鋰(Tm,Ho:LuLiF)晶體制成的。 所述的種子激光注入系統(tǒng)輸出的激光波長(zhǎng)為2053nm，線寬2MHz。 所述的環(huán)形激光諧振腔的腔長(zhǎng)大于2米。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 激光增益介質(zhì)采用Tm,Ho丄uLiF晶體。它屬于準(zhǔn)四能級(jí)結(jié)構(gòu)。該激光增益 介質(zhì)主要摻銩，鈥的介質(zhì)。銩離子(Tr^+)在近紅外區(qū)是很好的感光物質(zhì)，但是受激 發(fā)射截面較?。烩€離子(H^+)的受激發(fā)射截面較大，但是在792nm附近對(duì)泵浦光的 吸收較弱，因此采用對(duì)鈥離子進(jìn)行敏化的雙摻晶體作為激光增益介質(zhì)。LuLiF，屬 于四方晶系，這種晶體的非線性折射系數(shù)小，非常適合于三價(jià)稀土金屬離子(如 Tm3+， Ho")的摻雜；而Tm，Ho丄uLiF激光器的激光上能級(jí)壽命大于10ms，大約是 Nd:YAG激光上能級(jí)壽命(230us)的50倍，這表明LuLiF基質(zhì)有較高的光存貯容量； 在同樣的泵浦條件下，Tm,Ho:LuLiF激光器斜率效率相對(duì)較高，因此我們選用Tm, Ho: LuLiF晶體激光增益介質(zhì)，以獲得低重復(fù)頻率下的高能量2um脈沖激光的輸出。
2、 采用側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)，激光二極管陣列沿著激光棒的長(zhǎng)度方向排列，泵浦方 向垂直于激光輻射的傳播方向。這種泵浦方式，更容易獲得高的激光能量輸出，因 為可以在激光棒的周圍使用更多的激光二極管陣列。激光二極管陣列環(huán)繞激光晶體 對(duì)稱分布的泵浦結(jié)構(gòu)，對(duì)處于中心的激光棒產(chǎn)生同性質(zhì)的泵浦分布，有助于提高這 種準(zhǔn)四能級(jí)增益介質(zhì)的利用率，高效的提取TEMw)模能量。采用奇數(shù)個(gè)泵浦二極管 陣列可以降低二極管之間的相互輻照，防止二極管的損壞。
3、 腔型結(jié)構(gòu)采用四鏡環(huán)形腔。環(huán)形腔行波運(yùn)轉(zhuǎn)，可以克服空間燒孔效應(yīng)，有 助于獲得單縱模激光；環(huán)形腔雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于是雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，從輸出鏡端輸出 有兩路激光，反而方便了種子注入，可以將種子從輸出鏡端引入，輸出鏡對(duì)激光輻射有一定的透過率，可以減少對(duì)種子光能量的損耗，同時(shí)這樣也可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形腔單 向運(yùn)轉(zhuǎn)。另外通過對(duì)腔型的設(shè)計(jì)，可以在所需要的位置，形成束腰，便于在腔內(nèi)插 入調(diào)Q開關(guān)。


圖1是本發(fā)明激光器的較佳實(shí)施例的總體框圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例所用的Tm,Ho丄uLiF泵浦頭側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例環(huán)形諧振腔及光路示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
先請(qǐng)參閱圖l、圖2、圖3,圖l是本發(fā)明激光器的較佳實(shí)施例的總體框圖，圖 2是本發(fā)明實(shí)施例所用的Tm,Ho:LuLiF泵浦頭側(cè)視圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施例環(huán)形諧 振腔及光路示意圖。由圖可見，本發(fā)明2/^全固態(tài)脈沖激光器，由泵浦頭l、環(huán)形 激光諧振腔2、聲光Q開關(guān)3和種子激光注入系統(tǒng)4構(gòu)成，所述的環(huán)形激光諧振腔2 參見圖3，由輸入輸出耦合鏡201、全反射平面鏡202、第一凹面鏡203、第二凹面 鏡204至所述的輸入輸出耦合鏡201構(gòu)成8字形光路的環(huán)形諧振腔，所述的聲光Q 開關(guān)3位于所述的環(huán)形激光諧振腔2的束腰處，所述的種子激光注入系統(tǒng)4發(fā)出的 種子激光由所述的輸入輸出耦合鏡201注入所述的環(huán)形激光諧振腔2，所述的泵浦 頭1，參見圖2，由泵浦源101、柱透鏡102和激光棒103組成，所述的激光棒103 置于所述的環(huán)形激光諧振腔2內(nèi)的光路中，所述的泵浦源101是包括多組激光二極 管陣列，每組激光二極管陣列沿所述的激光棒103的長(zhǎng)度方向排列經(jīng)過各自的柱透 鏡102圍繞所述的激光棒103呈中心對(duì)稱分布。本實(shí)施例中所述的泵浦源101是包 括三組激光二極管陣列，三塊柱透鏡102，激光二極管陣列沿所述的激光棒103的 長(zhǎng)度方向排列經(jīng)過各自的柱透鏡102圍繞所述的激光棒103呈中心對(duì)稱分布。
三組激光二極管陣列泵浦源101圍繞激光棒103對(duì)稱分布，經(jīng)過柱透鏡102整 形，對(duì)Tm,Ho:LuLiF激光棒103進(jìn)行側(cè)面泵浦；Tm， Ho:LuLiF激光諧振腔2采用 四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中(203)、 (204)兩個(gè)反射鏡為曲面反射鏡，在所 形成的束腰處，插入聲光Q開關(guān)3，壓縮激光脈沖，提高輸出激光峰值功率；加入 外腔種子激光注入系統(tǒng)4，控制輸出激光的線寬。
下面為該實(shí)施例的具體參數(shù)
泵浦源用三組激光二極管陣列，中心波長(zhǎng)792nm，每組激光二極管陣列最大輸出能量1.5J，脈寬lms，重復(fù)頻率lHz。激光棒尺寸為cD4X20的Tm, Ho丄uLiF晶 體，lW+，Hc^+的慘雜濃度分別為5%和0.5%，晶體對(duì)泵浦光的吸收系數(shù)a=3.23cm"。 泵浦光透過柱透鏡組102耦合，側(cè)面泵浦激光晶體103。諧振腔采用四鏡環(huán)形腔， 一個(gè)平面全反鏡202，兩個(gè)曲率半徑為4m的曲面全反鏡203和曲面全反鏡204， 輸出耦合鏡201對(duì)激光透過率為20%，總腔長(zhǎng)為2m。聲光Q開關(guān)3插入諧振腔2 內(nèi)，此處的束腰為L(zhǎng)06mm。在注入能量3J的時(shí)候，輸出激光脈沖能量為120mJ 左右，光-光轉(zhuǎn)換效率為4%。使用2053nm單縱模激光器4作為種子激光源進(jìn)行注 入鎖定，控制線寬。
綜上所述，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)2/^r激光高脈沖能量，窄線寬的輸出，特別適合與 相干多普勒雷達(dá)發(fā)射光源的要求，在測(cè)風(fēng)，測(cè)C02等大氣測(cè)量中有廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1. 一種2μm全固態(tài)脈沖激光器，其特征在于由泵浦頭(1)、環(huán)形激光諧振腔(2)、聲光Q開關(guān)(3)和種子激光注入系統(tǒng)(4)構(gòu)成，所述的環(huán)形激光諧振腔(2)由輸入輸出耦合鏡(201)、全反射平面鏡(202)、第一凹面鏡(203)、第二凹面鏡(204)至所述的輸入輸出耦合鏡(201)構(gòu)成8字形光路的環(huán)形諧振腔，所述的聲光Q開關(guān)(3)位于所述的環(huán)形激光諧振腔(2)的束腰處，所述的種子激光注入系統(tǒng)(4)發(fā)出的種子激光由所述的輸入輸出耦合鏡(201)注入所述的環(huán)形激光諧振腔(2)，所述的泵浦頭(1)由泵浦源(101)、柱透鏡(102)和激光棒(103)組成，所述的激光棒(103)置于所述的環(huán)形激光諧振腔(2)內(nèi)的光路中，所述的泵浦源(101)是包括多組激光二極管陣列，每組激光二極管陣列沿所述的激光棒(103)的長(zhǎng)度方向排列經(jīng)過各自的柱透鏡(102)圍繞所述的激光棒(103)呈中心對(duì)稱分布。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的2/^全固態(tài)脈沖激光器，其特征在于所述的泵浦源 (IOI)是中心波長(zhǎng)為792nm激光二極管陣列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的2/^全固態(tài)脈沖激光器，其特征在于所述的激光棒 (103)是由雙摻銩鈥的氟化镥鋰晶體制成的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的2//m全固態(tài)脈沖激光器，其特征在于所述的種子激 光注入系統(tǒng)(4)輸出的激光波長(zhǎng)為2053nm，線寬2腿z。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的2//m全固態(tài)脈沖激光器，其特征在于所述的環(huán)形激 光諧振腔(2)的腔長(zhǎng)大于2米。
全文摘要
一種2μm全固態(tài)脈沖激光器，其特點(diǎn)在于由泵浦頭、環(huán)形激光諧振腔、聲光Q開關(guān)和種子激光注入系統(tǒng)構(gòu)成，所述的環(huán)形激光諧振腔由輸入輸出耦合鏡、全反射平面鏡、第一凹面鏡、第二凹面鏡至所述的輸入輸出耦合鏡構(gòu)成8字形光路的環(huán)形諧振腔，所述的聲光Q開關(guān)位于所述的環(huán)形激光諧振腔的束腰處，所述的種子激光注入系統(tǒng)發(fā)出的種子激光由所述的輸入輸出耦合鏡注入所述的環(huán)形激光諧振腔，所述的泵浦頭由泵浦源、柱透鏡和激光棒組成，所述的激光棒置于所述的環(huán)形激光諧振腔內(nèi)的光路中，所述的泵浦源是包括多組激光二極管陣列，每組激光二極管陣列沿所述的激光棒的長(zhǎng)度方向排列經(jīng)過各自的柱透鏡圍繞所述的激光棒呈中心對(duì)稱分布。本發(fā)明激光器可用于相干雷達(dá)探測(cè)光源。
文檔編號(hào)H01S3/083GK101286616SQ200810038329
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者亮 喬, 霞 侯, 陳衛(wèi)標(biāo) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所