專利名稱：以可飽和吸收體作為選頻和調(diào)q元件的雙波長激光器及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以可飽和吸收體作為選頻和調(diào)Q元件的雙波長激光器及應(yīng)用,屬于激光 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太赫茲輻射是指波長從30微米到3000微米、頻率從0.1THz到10THz的電磁波。由于這 種光具有長波長和低光子能量等特點(diǎn)，已經(jīng)在科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用方面展示了誘人前景。 通過兩束近紅外激光進(jìn)行差頻產(chǎn)生的太赫茲輻射具有高峰值功率的特點(diǎn)，成為近年來人們 關(guān)注的熱點(diǎn)。但是這種方法不僅需要龐大且復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生雙波長激光，而且需要一 些光學(xué)元件將這兩束光合并，這給太赫茲波的產(chǎn)生和應(yīng)用帶來了極大不便?？梢钥闯觯?長相近的雙波長激光的自差頻是客服這一困難的最理想的方法。2007年，Creeden等人利用 波長為1064.2nm和1059nm的雙波長光纖激光的自差頻實(shí)現(xiàn)了太赫茲輻射(Opt. Express, 15， 6478-6483 (2007))，但是到目前為止，由于缺少合適的雙波長晶體激光器，還沒有利 用晶體激光的自差頻實(shí)現(xiàn)太赫茲輻射的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以可飽和吸收體作為選頻和調(diào)Q元件的雙波長 激光器及應(yīng)用。 術(shù)語解釋
Nd:YAG是摻釹釔鋁石榴石的簡稱；Nd:YAP是摻釹鋁酸釔的簡稱；Nd:GGG是摻釹軋 鎵石榴石的簡稱；Nd:CNGG是摻釹鈣鈮鎵石榴石的簡稱；Nd:CLNGG是摻釹和鋰的鈣鈮鎵 石榴石的簡稱；Nd:RV04(R=Gd, Lu、 Y和La)是摻釹釩酸鹽晶體的簡稱；Cr":YAG是摻四價(jià) 鉻釔鋁石榴石晶體的簡稱。按本領(lǐng)域慣例，本申請文件中使用上述簡稱。
發(fā)明詳述
一、雙波長激光器
本發(fā)明的雙波長激光器，包括閃光燈或者激光二極管(LD)泵浦源，在適當(dāng)抑制1.06 微米激光的激光諧振腔中插入對1.05微米或1.08微米強(qiáng)吸收的可飽和吸收體，以激光材料 為增益介質(zhì)；其中，所述的激光材料是下列之一
(1) Nd:YAG、 Nd:YAP、 Nd:GGG、 Nd:CNGG、 Nd:CLNGG、 Nd:RV04(R=Gd, Lu、 Y 或La)晶體，晶體雙面拋光，不鍍膜或者鍍以對泵浦光和雙波長都抗反射的介質(zhì)膜；
(2) Nd:YAG、 Nd:YAP、 Nd:GGG、 Nd:CNGG、 Nd:CLNGG、 Nd:RV04(R=Gd, Lu、 Y 或La)陶瓷，陶瓷雙面拋光，不鍍膜或者鍍以對泵浦光和雙波長都抗反射的介質(zhì)膜；
所述的可飽和吸收體是Cr:YAG晶體或者半導(dǎo)體，雙面拋光且鍍以對雙波長都抗反射 的介質(zhì)膜。
可飽和吸收體Cr:YAG晶體或半導(dǎo)體是對激光材料中小的發(fā)射1.05微米或1.08微米吸 收大，而對大的發(fā)射1.06微米吸收小的可飽和吸收材料。
上述可產(chǎn)生太赫茲輻射的雙波長激光器，優(yōu)選的，以LD作為泵浦源、以Nd:YAG晶
3體作為增益材料、以CnYAG晶體作為可飽和吸收體。
本發(fā)明選用的激光材料Nd:YAG、 Nd:YAP、 Nd:GGG、 Nd:CNGG、 Nd:CLNGG和 Nd:RV04(R=Gd， Lu、 Y和La)晶體或陶瓷，由于Nd離子處于晶格場中，其發(fā)射光譜會發(fā)生 斯塔克分裂。光譜分析表明，Nd:YAG、 Nd:GGG、 Nd:CNGG、 Nd:CLNGG、 Nd:RV04(R=Gd, Lu、 Y或La)晶體或陶瓷在近紅外波段具有較多的發(fā)射峰，選擇合適的發(fā)射峰實(shí)現(xiàn)雙波長 激光輸出，可以通過其差頻實(shí)現(xiàn)太赫茲發(fā)射。
以上所述的對晶體進(jìn)行加工、拋光，或者再鍍膜，均采用本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)即可。
本發(fā)明的雙波長激光器，雙波長激光的實(shí)現(xiàn)基于對激光二極管(LD)或者閃光燈端面 或者側(cè)面泵浦的激光器。其具體原理如下
可在適當(dāng)抑制1.06微米激光的激光諧振腔中(損耗為70-90%)，實(shí)現(xiàn)1.05或者1.08 微米單波長連續(xù)激光輸出。諧振腔中插入可飽和吸收體，利用可飽和吸收體對1.05或1.08 微米強(qiáng)的吸收，對1.05或1.08微米激光進(jìn)行適當(dāng)抑制。可飽和吸收體的可飽和吸收性能使 得在激光脈沖開始時(shí)，其激光材料的增益很大，此時(shí)由于Nd離子在1.06微米發(fā)射時(shí)大的 熒光分值比，激光材料在該波段的增益會大于損耗，這樣就可以在脈沖激光中同時(shí)實(shí)現(xiàn)1.05 或1.08微米與1.06微米波長的同時(shí)發(fā)射。由于兩種波長的發(fā)射截面不同，且諧振腔對其損 耗也不同，可以通過調(diào)節(jié)泵浦功率實(shí)現(xiàn)對雙波長功率密度的比值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
二、雙波長激光器的應(yīng)用
本發(fā)明雙波長激光器的應(yīng)用，利用激光器同時(shí)輸出波長相近的雙波長脈沖激光的差頻 獲得太赫茲輻射。具體方法如下
利用聚焦系統(tǒng)將雙波長脈沖激光照射到諧振腔外放置的合適的非線性材料上，通過腔 外差頻產(chǎn)生太赫茲輻射；或者將非線性材料直接放入激光諧振腔內(nèi)，通過腔內(nèi)差頻產(chǎn)生太 赫茲輻射。所述的合適的非線性材料為本領(lǐng)域公知技術(shù)，例如周期性極化的鈮酸鋰、合適 切向的砷化鎵或者磷化鎵等。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)幾兩效果在于
L本發(fā)明的雙波長激光器以可飽和吸收體作為選頻和調(diào)Q元件，以Nd摻雜激光材料作 為增益介質(zhì)，在對1.06微米激光適當(dāng)抑制(損耗70-90%)，對另一波長(1.05或1.08微米)高 反射(R=70-80%)的諧振腔中同時(shí)輸出波長相近的雙波長脈沖激光。
入通過雙波長激光的差頻實(shí)現(xiàn)太赫茲發(fā)射。
、本發(fā)明的雙波長激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、成本 低，便于工業(yè)化大批量制造等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明雙波長激光器的示意圖，其中，l是耦合光纖，2是聚焦系統(tǒng)，LD是激 光二極管泵浦源，Ml為鍍以對1.06和1.05微米全反射的入射鏡，M2為對1.06微米透過 77°/。、對1.05微米透過30°/。的輸出鏡，Nd:YAG是激光晶體，Cr:YAG為可飽和吸收體。 圖中箭頭指示的是光束傳播的方向。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1雙波長激光器在不同泵浦功率時(shí)輸出波長的相對大小，橫坐標(biāo) 是波長(nm),縱坐標(biāo)是相對強(qiáng)度(任意單位)。其中圖2 (a)是入射泵浦功率(Pin)小于 4.55W時(shí)的激光光譜，圖2(b)是入射泵浦功率為4.55 W時(shí)的激光光譜，圖2 (c)是入射 泵浦功率為8.56 W時(shí)激光光譜，圖2(d)是入射泵浦功率為17.25 W時(shí)的激光光譜，由圖中可以看出輸出激光的波長成分隨泵浦功率增加逐漸變化，1.06微米的成分逐漸增加。最 大平均輸出功率為3.75 W，峰值功率為3.79 kW。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2雙波長激光器在不同泵浦功率時(shí)輸出波長的相對大小，橫坐標(biāo) 是波長(nm)，縱坐標(biāo)是相對強(qiáng)度(任意單位)。其中，圖3(a)-(d)為初始透過率為91%的 Cr:YAG作為可飽和吸收體時(shí)分別在入射泵浦功率(Pin) 2.63W、 3.79 W、 13 W、 17 W時(shí) 的激光光譜。圖3(e)-(h)為初始透過率為77%的Cr:YAG作為可飽和吸收體時(shí)分別在入射泵 浦功率(pin) 4.55 W 、 7.02 W、 13 W、 17W時(shí)的激光光譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。 實(shí)施例1.
一種可產(chǎn)生雙波長的激光器，以LD作為泵浦源、以Nd:YAG晶體作為增益材料、以 Cr:YAG作為可飽和吸收體的元件進(jìn)行封裝而成的激光器(如圖1所示)，通過聚焦系統(tǒng)將 泵浦光聚焦到激光晶體Nd:YAG上;Ml為鍍以對1.06和1.05微米全反射的入射鏡;Nd:YAG 中Nd濃度為l.lat%，尺寸為3 mmx3 mmx6 mm，放入水冷的銅塊中；Cr:YAG為對1.06 微米透過97°/。的可飽和吸收體；M2為對1.06微米透過77%、對1.05微米透過30%的輸出 鏡；整個(gè)諧振腔長為2.5cm。輸出波長隨泵浦功率的增加逐漸變化，1.06微米的成分逐漸 增加，如圖2所示。最大平均輸出功率為3.75W，峰值功率為3.79kW。
實(shí)施例2.
一種可產(chǎn)生雙波長的激光器，以LD作為泵浦源、以Nd:YAG陶瓷作為增益材料、以 Cr:YAG作為可飽和吸收體的元件進(jìn)行封裝而成的激光器(結(jié)構(gòu)如圖1所示)，通過聚焦系 統(tǒng)將泵浦光聚焦到激光陶瓷Nd:YAG上；Ml為鍍以對1.06和1.05微米全反射的入射鏡； Nd:YAG中Nd濃度為2at%，尺寸為3 mmx3 mmx4.96 mm，放入水冷的銅塊中；Cr:YAG 為對1.06微米透過分別為91%和77%的兩塊可飽和吸收體；M2為對1.06微米透過85.6%、 對1.05微米透過21%的輸出鏡；整個(gè)諧振腔長為2.5cm。
當(dāng)選用初始透過率為9P/。的Cr:YAG時(shí)，如圖3(a)-(d)所示泵浦功率低于3.79 W時(shí)， 輸出波長為1.05微米，當(dāng)泵浦功率高于3.79 W時(shí)，波長為1.06微米的成分出現(xiàn)，并且輸 出波長隨泵浦功率的增加逐漸變化，1.06微米的成分逐漸增加。最大平均輸出功率為2.82 W。
當(dāng)選用初始透過率為77%可飽和吸收體時(shí)，如圖3(f)-(h)所示:當(dāng)泵浦功率低于7.02 W 時(shí)，輸出波長為1.06微米，當(dāng)泵浦功率高于7.02 W時(shí)，波長為1.05微米的成分出現(xiàn)，并 且輸出波長隨泵浦功率的增加逐漸變化，1.05微米的成分逐漸增加。最大平均輸出功率為 1.81 W,峰值功率為21.5kW。
權(quán)利要求
1. 雙波長激光器，包括閃光燈或者激光二極管(LD)泵浦源，其特征在于在適當(dāng)抑制1.06微米激光的激光諧振腔中插入對1.05微米或1.08微米強(qiáng)吸收的可飽和吸收體，以激光材料為增益介質(zhì)；其中，所述的激光材料是下列之一(1)Nd:YAG、Nd:YAP、Nd:GGG、Nd:CNGG、Nd:CLNGG、Nd:RVO4(R＝Gd，Lu、Y或La)晶體，晶體雙面拋光，不鍍膜或者鍍以對泵浦光和雙波長都抗反射的介質(zhì)膜；(2)Nd:YAG、Nd:YAP、Nd:GGG、Nd:CNGG、Nd:CLNGG、Nd:RVO4(R＝Gd，Lu、Y或La)陶瓷，陶瓷雙面拋光，不鍍膜或者鍍以對泵浦光和雙波長都抗反射的介質(zhì)膜；所述的可飽和吸收體是Cr:YAG晶體或者半導(dǎo)體，雙面拋光且鍍以對雙波長都抗反射的介質(zhì)膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙波長激光器,其特征在于以LD作為泵浦源,以Nd:YAG晶體 作為增益材料,以Cr:YAG晶體作為可飽和吸收體。
3. 權(quán)利要求l所述的雙波長激光器的應(yīng)用，利用激光器同時(shí)輸出波長相近的雙波長脈 沖激光的差頻獲得太赫茲輻射。
4. 如權(quán)利要求3所述的雙波長激光器的應(yīng)用,其特征在于具體方法如下 利用聚焦系統(tǒng)將雙波長脈沖激光照射到諧振腔外放置的合適的非線性材料上，通過腔外差頻產(chǎn)生太赫茲輻射；或者將非線性材料直接放入激光諧振腔內(nèi)，通過腔內(nèi)差頻產(chǎn)生太 赫茲輻射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以可飽和吸收體作為選頻和調(diào)Q元件的雙波長激光器及應(yīng)用。雙波長激光器，包括閃光燈或者激光二極管泵浦源，在適當(dāng)抑制1.06微米激光的激光諧振腔中插入對1.05微米或1.08微米強(qiáng)吸收的可飽和吸收體，以激光材料為增益介質(zhì)。通過可飽和吸收體Cr:YAG或半導(dǎo)體對1.05或者1.08微米激光強(qiáng)吸收、對1.06微米激光相對弱吸收的特點(diǎn)進(jìn)行選頻，與端面或者側(cè)面泵浦的激光裝置相結(jié)合，產(chǎn)生雙波長脈沖激光，利用該激光的差頻實(shí)現(xiàn)太赫茲輸出。該激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、成本低，便于工業(yè)化大批量制造等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01S3/091GK101483309SQ20091001389
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者于浩海, 張懷金, 張行愚, 王正平, 王繼揚(yáng), 蔣民華 申請人:山東大學(xué)