三波长双端综合泵浦Cr:Er:YSGG声光调Q激光器及吸收率增强方法

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及三波长双端综合泵浦Cr:Er:YSGG声光调Q激光器及吸收率增强方法。

背景技术

波长为2.7-3μm波段的中红外激光器在医学、大气遥感、非线性光学、军事等领域有着重要的应用。Er

现有的脉冲激光器存在的技术问题为：转换效率低，光束质量差，工作物质对泵浦光吸收效果不佳。

发明内容

本发明提出三波长双端综合泵浦Cr:Er:YSGG声光调Q激光器及吸收率增强方法，解决了现有的激光器转换效率低，光束质量差，工作物质对泵浦光吸收效果不佳的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：三波长双端综合泵浦Cr:Er:YSGG声光调Q激光器，其特殊之处在于，包括沿着激光器光路方向依次放置的第一双色镜、反射镜、复合晶体、第二双色镜、声光调Q开关和输出镜，所述反射镜、第二双色镜和输出镜构成谐振腔；

所述第一双色镜的上方放置有第一半导体激光器，所述谐振腔的两端分别放置有第二半导体激光器和第三半导体激光器；

所述第一半导体激光器和第二半导体激光器产生的泵浦光经过第一双色镜和反射镜聚焦在复合晶体，第三半导体激光器产生的泵浦光经过第二双色镜聚焦在复合晶体上，输出的激光经过声光调Q开关产生脉冲激光，所述脉冲激光通过输出镜输出。

进一步的是：所述第一半导体激光器、第二半导体激光器和第二半导体激光器的一端通过各自对应的传导光纤分别与第一耦合透镜组、第二耦合透镜组和第三耦合透镜组相连，所述第一耦合透镜组和第二耦合透镜组相互垂直放置。

进一步的是：所述第一半导体激光器为970nm半导体激光器，所述第二半导体激光器为450nm半导体激光器，所述第三半导体激光器654nm半导体激光器。

进一步的是：450nm半导体激光器的输出功率在1～15W之间调谐，654nm半导体激光器的输出功率在1mW～2W之间调谐，970nm半导体激光器的输出功率在1W～15W之间调谐。

进一步的是：所述复合晶体为Cr:Er:YSGG晶体，所述Cr:Er:YSGG晶体两端键合YSGG构成复合晶体，Cr:Er:YSGG复合晶体的两个端面镀450nm、654nm、970nm以及2.79μm波段的高透膜，并且Cr:Er:YSGG复合晶体被铟箔包裹，安装在铜块中。

进一步的是：所述Cr:Er:YSGG复合晶体中Er

进一步的是：所述第一双色镜的双面镀450nm45度高透过率膜，右侧面镀970nm45度高反射率膜；第二双色镜的双面镀654nm45度高透过率膜，左侧面镀2.79μm45度高反射率膜。

进一步的是：反射镜9的双面镀450/970nm增透膜，右侧面镀2.79μm高反射率膜，所述输出镜12为2.79μm波段的低透射率输出镜，输出镜的透射率为5％。

进一步的是：所述声光调Q开关的声光介质为TeO

一种提高复合晶体光吸收率的方法，包括以下步骤：

根据预设比例调整脉冲激光器中的第一半导体激光器、第二半导体激光器和第三半导体激光器输出功率及功率比例。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明能够提高转换效率，改善光束质量，使复合晶体对泵浦光达到最佳吸收。

2)相比于790nm半导体激光器泵浦Er:YSGG，本发明避免了

3)相比与970nm半导体激光器泵浦Er:YSGG，本发明采用三波长泵浦，增大了激光工作物质对泵浦光的吸收，可以获得更高的增益，使得转换效率进一步提高。

4)相比于闪光灯泵浦Cr:Er:YSGG，闪光灯只有部分光谱处于增益介质的吸收带中，大幅度降低了激光系统的转换效率，并极大增加了进入激光增益介质中的无用热，增加了热效应。

5)采用450nm、654nm和970nm三个波长的半导体激光器同时作为泵浦源进行综合泵浦，并且三个波长的半导体激光器的输出功率可以调谐，以此来调整三个波长的半导体激光器的功率比例，可以使激光工作物质对这三个波长达到最佳吸收。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为Cr:Er:YSGG晶体中Cr

图中1-第一半导体激光器、2-第二半导体激光器、3-第三半导体激光器、4-第一耦合透镜组、5-第二耦合透镜组、6-第三耦合透镜组、7-第一双色镜、8-第二双色镜、9-反射镜、10-复合晶体、11-声光调Q开关、12-输出镜。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例1：如图1所示，三波长双端综合泵浦Cr:Er:YSGG声光调Q激光器，包括沿着激光器光路方向依次放置的第一双色镜7、反射镜9、复合晶体10、第二双色镜8、声光调Q开关11和输出镜12，反射镜9、第二双色镜8和输出镜12构成谐振腔；

第一双色镜7的上方放置有第一半导体激光器1，谐振腔的两端分别放置有第二半导体激光器2和第三半导体激光器3。

如图2所示，激活因子Er

作为本发明一个优选的实施例：第一半导体激光器1、第二半导体激光器2和第三半导体激光器3的一端通过各自对应的传导光纤分别与第一耦合透镜组4、第二耦合透镜组5和第三耦合透镜组6相连，第一耦合透镜组4和第二耦合透镜组5相互垂直放置。传导光纤的直径为200μm，数值孔径为0.22。

作为本发明一个优选的实施例：第一半导体激光器1为970nm半导体激光器，第二半导体激光器2为450nm半导体激光器，第三半导体激光器为3654nm半导体激光器。

现有技术中常用790nm/970nm半导体激光器泵浦Er:YSGG、闪光灯泵浦Cr:Er:YSGG。采用790nm半导体激光器泵浦Er:YSGG，泵浦效率低，并且无辐射跃迁过程中产生大量热；采用970nm半导体激光器泵浦Er:YSGG，晶体对970nm波长的激光吸收有限，导致转换效率和输出功率难以进一步提高；闪光灯泵浦Cr:Er:YSGG只有部分光谱处于增益介质的吸收带中，大幅度降低了激光系统的转换效率，并极大增加了进入激光增益介质中的无用热，增加了热效应。本发明基于敏化因子Cr

作为本发明一个优选的实施例：970nm半导体激光器的输出功率在1W～15W之间调谐，654nm半导体激光器的输出功率在1mW～2W之间调谐，450nm半导体激光器的输出功率在1～15W之间调谐，通过调整970nm半导体激光器、654nm半导体激光器和450nm半导体激光器功率的比例，使复合晶体质达到最佳吸收，光-光转换效率得到提高，脉冲宽度变窄。

作为本发明一个优选的实施例：复合晶体10为Cr:Er:YSGG复合晶体，由Cr:Er:YSGG晶体两端键合YSGG构成，晶体两端键合未掺杂YSGG晶体，Cr:Er:YSGG复合晶体的两个端面镀450nm、654nm、970nm以及2.79μm波段的高透膜，并且Cr:Er:YSGG复合晶体被铟箔包裹，安装在铜块中。

作为本发明一个优选的实施例：Cr:Er:YSGG复合晶体中Er

作为本发明一个优选的实施例：第一双色镜8的双面镀450nm45度高透过率膜，右侧面镀970nm45度高反射率膜；第二双色镜9的双面镀654nm45度高透过率膜，左侧面镀2.79μm45度高反射率膜。

作为本发明一个优选的实施例：反射镜9的双面镀450/970nm增透膜，右侧面镀2.79μm高反射率膜，输出镜12的为2.79μm波段的低透射率输出镜，输出镜的透射率为5％。

作为本发明一个优选的实施例：声光调Q开关11的声光介质为TeO

工作原理：第一半导体激光器1和第二半导体激光器2产生的泵浦光经过传导光纤分别输出至第一耦合透镜组4和第二耦合透镜组5，再经过第一双色镜7合束后对复合晶体19进行泵浦，第三半导体激光器3产生的泵浦光经过传导光纤输出第三耦合透镜组6，再经过第二双色镜8聚焦在复合晶体19上，输出的激光经过声光调Q开关11产生脉冲激光，脉冲激光通过输出镜12输出。

实施例2：一种提高复合晶体光吸收率的方法，包括以下步骤：

根据预设比例调整脉冲激光器中的第一半导体激光器1、第二半导体激光器2和第三半导体激光器3的输出功率及功率比例。

本发明的泵浦方式与970nm半导体激光器泵浦相比：仅用970nm半导体激光器泵浦，当输入功率为10W时，最大输出功率为1.27W，光-光转换效率为12.7％。同时采用声光调Q开关11进行脉冲调制，获得1.076W脉冲，脉冲宽度为61.33ns。采用450nm、654nm和970nm半导体激光器双端泵浦，970nm半导体激光器输入功率为6W，654nm半导体激光器输入功率为2W，450nm半导体激光为2W时，最大输出功率为1.86W，光-光转换效率为18.6％。同时采用声光Q开关进行脉冲调制，获得1.576W脉冲，脉冲宽度为58.42ns。三个波长的半导体激光器的总输出功率与仅用970nm半导体激光器输出功率一致时，三波长双端泵浦Cr:Er:YSGG复合晶体的输出功率、光-光转换效率得到提高，脉冲宽度变窄。

以上仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。