本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置、產(chǎn)生方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前2.3μm波段脈沖激光的獲取方式主要有兩種：一、以三價(jià)稀土元素Tm3+、Ho3+為激活離子的固體或者光纖脈沖激光器。二、利用1μm波段脈沖激光泵浦ZnGeP(ZGP)或者KTiOPO4(KTP)晶體的光參量振蕩器(OPO)。第二種獲取方式由于所用器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、效率低而極少采用。
產(chǎn)生2.3μm波段超短脈沖激光的技術(shù)主要分為主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模兩種。主動(dòng)鎖模由于所需要的調(diào)制元件響應(yīng)時(shí)間比較長，而且其產(chǎn)生的損耗窗口非常寬，因此獲得的脈寬較寬，通常在幾十到上百皮秒(ps)量級(jí)。被動(dòng)鎖模利用可飽和吸收體的快速響應(yīng)時(shí)間，可以獲得短至飛秒(fs)量級(jí)的超短脈沖激光。目前2.3μm波段的可飽和吸收體主要有：(1)吸收晶體，如：PbS量子點(diǎn)玻璃、Cr2+:ZnS、Cr2+:ZnSe等；(2)半導(dǎo)體材料：如半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)、InGaAs等；(3)新型一維、二維材料，如石墨烯、碳納米管、MoS2等。然而，可飽和吸收體較低的光損傷閾值限制了2.3μm波段被動(dòng)鎖模超短脈沖激光的輸出功率。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置、產(chǎn)生方法，旨在獲得高功率、高能量的2.3微米波段超短脈沖激光，同時(shí)簡化產(chǎn)生過程。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置，包括半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器、泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)及諧振腔，所述諧振腔包括端面泵浦激光介質(zhì)，所述端面泵浦激光介質(zhì)為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；所述半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)所述泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入所述摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段脈沖激光，所述1.9微米波段脈沖激光在所述諧振腔內(nèi)震蕩；所述釩酸鹽晶體對(duì)所述1.9微米波段脈沖激光進(jìn)行拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈沖激光。
進(jìn)一步地，所述諧振腔還包括泵浦端腔鏡，所述泵浦端腔鏡位于所述泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)和所述端面泵浦激光介質(zhì)之間，用于反射1.9微米和2.3微米波段的脈沖激光、同時(shí)透過795納米波段的泵浦光。
進(jìn)一步地，所述諧振腔還包括輸出鏡，用于反射1.9微米波段、同時(shí)反射及透過2.3微米波段的脈沖激光。
進(jìn)一步地，所述諧振腔還包括聲光Q開關(guān)，所述聲光Q開關(guān)位于所述端面泵浦激光介質(zhì)和所述輸出鏡之間，用于提高所述諧振腔內(nèi)的脈沖激光功率密度。
進(jìn)一步地，所述泵浦光的波長為795納米。
進(jìn)一步地，所述端面泵浦激光介質(zhì)為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體。
本發(fā)明還提供了一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生方法，包括以下步驟：
半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段的脈沖激光；
以所述1.9微米波段的脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用，產(chǎn)生2.3微米波段脈沖激光；
所述釩酸鹽晶體對(duì)產(chǎn)生的2.3微米波段脈沖激光進(jìn)行鎖模作用，輸出2.3微米波段脈沖激光。
進(jìn)一步地，所述泵浦光的波長為795納米。
進(jìn)一步地，所述釩酸鹽晶體為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體。
本發(fā)明還提供了一種2.3微米波段脈沖激光的應(yīng)用，將2.3微米波段脈沖激光應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、材料加工、遠(yuǎn)程通信或計(jì)量學(xué)領(lǐng)域。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置、產(chǎn)生方法，所述產(chǎn)生裝置的諧振腔包括端面泵浦激光介質(zhì)，所述端面泵浦激光介質(zhì)為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；先通過銩離子產(chǎn)生受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段脈沖激光，再以1.9微米波段脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈沖激光。本發(fā)明將摻雜銩離子的釩酸鹽晶體所具有的優(yōu)良的自拉曼變頻特性和克爾透鏡鎖模特性結(jié)合起來，通過克爾透鏡鎖模、飽和拉曼增益和同步泵浦三種機(jī)制產(chǎn)生對(duì)2.3μm波段脈沖激光的穩(wěn)定鎖模，最終輸出2.3μm波段的超短脈沖激光。本發(fā)明提供的2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置、產(chǎn)生方法由于避免了可飽和吸收體光損傷閾值較低的局限性，從而可以獲得高功率、高能量的2.3μm波段超短脈沖激光。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置100，包括半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器(未示出)、泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)2及諧振腔7，諧振腔7包括端面泵浦激光介質(zhì)4；其中，1為半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器的光纖輸出端，端面泵浦激光介質(zhì)4為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)2耦合進(jìn)入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體(端面泵浦激光介質(zhì)4)，銩離子通過受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段脈沖激光，所述1.9微米波段脈沖激光在諧振腔7內(nèi)震蕩；所述釩酸鹽晶體對(duì)所述1.9微米波段脈沖激光進(jìn)行拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈沖激光。
具體地，所述1.9微米波段脈沖激光在釩酸鹽晶體所具有的自拉曼變頻作用和克爾透鏡鎖模作用下，產(chǎn)生2.3微米波段脈沖激光。
具體地，所述泵浦光的波長為795納米。
諧振腔7還包括泵浦端腔鏡3，泵浦端腔鏡3位于泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)2和端面泵浦激光介質(zhì)4之間，用于反射1.9微米和2.3微米波段的脈沖激光、同時(shí)透過795納米波段的泵浦光。
諧振腔7還包括輸出鏡6，用于反射1.9微米波段、同時(shí)反射及透過2.3微米波段的脈沖激光。
具體地，泵浦端腔鏡3可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對(duì)795nm波段脈沖激光高透和對(duì)1.9μm、2.3μm波段脈沖激光高反的介質(zhì)膜；輸出鏡6可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對(duì)1.9μm波段脈沖激光高反及對(duì)2.3μm波段脈沖激光部分反射、部分透過的介質(zhì)膜。
諧振腔7還包括聲光Q開關(guān)5，聲光Q開關(guān)5位于端面泵浦激光介質(zhì)4和輸出鏡6之間，用于提高諧振腔7內(nèi)的脈沖激光功率密度。
具體地，端面泵浦激光介質(zhì)4可以為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體，Tm:YVO4或Tm:GdVO4晶體以1.9μm波段的脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的890cm-1左右的拉曼變頻作用，產(chǎn)生2.3μm波段脈沖激光。
本實(shí)施例提供的2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置，將摻雜銩離子的釩酸鹽晶體所具有的890cm-1的拉曼變頻特性和克爾透鏡鎖模特性結(jié)合起來，具體通過克爾透鏡鎖模、飽和拉曼增益和同步泵浦三種機(jī)制產(chǎn)生對(duì)2.3μm波段脈沖激光的穩(wěn)定鎖模，從而獲得了高功率、高能量的2.3μm波段超短脈沖激光。
本實(shí)施例還提供了一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生方法，包括以下步驟：
S1：半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段的脈沖激光；
S2：以所述1.9微米波段的脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用，產(chǎn)生2.3微米波段脈沖激光；
S3：所述釩酸鹽晶體對(duì)產(chǎn)生的2.3微米波段脈沖激光進(jìn)行鎖模作用，輸出2.3微米波段脈沖激光。
結(jié)合上述2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生裝置100：
具體地，步驟S1中，半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器產(chǎn)生的泵浦光由半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器的光纖輸出端1輸出，進(jìn)入泵浦光經(jīng)泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)2中，泵浦光聚焦耦合系統(tǒng)2將泵浦光聚焦于端面泵浦激光介質(zhì)4(摻雜銩離子的釩酸鹽晶體)中，其中的銩離子通過受激輻射，產(chǎn)生1.9微米波段脈沖激光，所述1.9微米波段脈沖激光在諧振腔7內(nèi)震蕩。
具體地，步驟S2和S3中，釩酸鹽晶體以輸出的1.9微米波段脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用以及鎖模作用，以及泵浦端腔鏡3和輸出鏡6的作用，產(chǎn)生2.3微米波段脈沖激光。
具體地，所述泵浦光的波長為795納米。泵浦端腔鏡3可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對(duì)795nm波段脈沖激光高透和對(duì)1.9μm、2.3μm波段脈沖激光高反的介質(zhì)膜；輸出鏡6可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對(duì)1.9μm波段脈沖激光高反和對(duì)2.3μm波段脈沖激光部分反射、部分透過的介質(zhì)膜。所述摻雜銩離子的釩酸鹽晶體可以為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體。
具體地，步驟S2中的Tm:YVO4或Tm:GdVO4晶體以1.9μm波段脈沖激光為基頻光，利用釩酸鹽晶體的890cm-1左右的拉曼變頻作用，產(chǎn)生2.3μm波段脈沖激光。
本實(shí)施例提供的一種2.3微米波段脈沖激光的產(chǎn)生方法，由于避免了可飽和吸收體光損傷閾值較低的局限性，從而可以獲得高功率、高能量的2.3μm波段超短脈沖激光。
本實(shí)施例還提供了上述2.3微米波段脈沖激光的應(yīng)用，所述2.3微米波段脈沖激光在軍事、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、材料加工、遠(yuǎn)程通信或計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。