一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置、產生方法及應用與流程
2023-05-24 08:52:41
本發明屬於光學領域，尤其涉及一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置、產生方法及應用。
背景技術：
目前2.3μm波段脈衝雷射的獲取方式主要有兩種：一、以三價稀土元素Tm3+、Ho3+為激活離子的固體或者光纖脈衝雷射器。二、利用1μm波段脈衝雷射泵浦ZnGeP(ZGP)或者KTiOPO4(KTP)晶體的光參量振蕩器(OPO)。第二種獲取方式由於所用器件結構複雜、成本較高、效率低而極少採用。
產生2.3μm波段超短脈衝雷射的技術主要分為主動鎖模和被動鎖模兩種。主動鎖模由於所需要的調製元件響應時間比較長，而且其產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。被動鎖模利用可飽和吸收體的快速響應時間，可以獲得短至飛秒(fs)量級的超短脈衝雷射。目前2.3μm波段的可飽和吸收體主要有：(1)吸收晶體，如：PbS量子點玻璃、Cr2+:ZnS、Cr2+:ZnSe等；(2)半導體材料：如半導體可飽和吸收鏡(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波段被動鎖模超短脈衝雷射的輸出功率。
因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置、產生方法，旨在獲得高功率、高能量的2.3微米波段超短脈衝雷射，同時簡化產生過程。
本發明是這樣實現的，一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置，包括半導體泵浦脈衝雷射器、泵浦光聚焦耦合系統及諧振腔，所述諧振腔包括端面泵浦雷射介質，所述端面泵浦雷射介質為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；所述半導體泵浦脈衝雷射器產生的泵浦光經所述泵浦光聚焦耦合系統耦合進入所述摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產生1.9微米波段脈衝雷射，所述1.9微米波段脈衝雷射在所述諧振腔內震蕩；所述釩酸鹽晶體對所述1.9微米波段脈衝雷射進行拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈衝雷射。
進一步地，所述諧振腔還包括泵浦端腔鏡，所述泵浦端腔鏡位於所述泵浦光聚焦耦合系統和所述端面泵浦雷射介質之間，用於反射1.9微米和2.3微米波段的脈衝雷射、同時透過795納米波段的泵浦光。
進一步地，所述諧振腔還包括輸出鏡，用於反射1.9微米波段、同時反射及透過2.3微米波段的脈衝雷射。
進一步地，所述諧振腔還包括聲光Q開關，所述聲光Q開關位於所述端面泵浦雷射介質和所述輸出鏡之間，用於提高所述諧振腔內的脈衝雷射功率密度。
進一步地，所述泵浦光的波長為795納米。
進一步地，所述端面泵浦雷射介質為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體。
本發明還提供了一種2.3微米波段脈衝雷射的產生方法，包括以下步驟：
半導體泵浦脈衝雷射器產生的泵浦光經泵浦光聚焦耦合系統耦合進入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產生1.9微米波段的脈衝雷射；
以所述1.9微米波段的脈衝雷射為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用，產生2.3微米波段脈衝雷射；
所述釩酸鹽晶體對產生的2.3微米波段脈衝雷射進行鎖模作用，輸出2.3微米波段脈衝雷射。
進一步地，所述泵浦光的波長為795納米。
進一步地，所述釩酸鹽晶體為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體。
本發明還提供了一種2.3微米波段脈衝雷射的應用，將2.3微米波段脈衝雷射應用於軍事、醫學、環境監測、材料加工、遠程通信或計量學領域。
本發明與現有技術相比，有益效果在於：本發明提供的一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置、產生方法，所述產生裝置的諧振腔包括端面泵浦雷射介質，所述端面泵浦雷射介質為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；先通過銩離子產生受激輻射，產生1.9微米波段脈衝雷射，再以1.9微米波段脈衝雷射為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈衝雷射。本發明將摻雜銩離子的釩酸鹽晶體所具有的優良的自拉曼變頻特性和克爾透鏡鎖模特性結合起來，通過克爾透鏡鎖模、飽和拉曼增益和同步泵浦三種機制產生對2.3μm波段脈衝雷射的穩定鎖模，最終輸出2.3μm波段的超短脈衝雷射。本發明提供的2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置、產生方法由於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波段超短脈衝雷射。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
如圖1所示，本發明實施例提供了一種2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置100，包括半導體泵浦脈衝雷射器(未示出)、泵浦光聚焦耦合系統2及諧振腔7，諧振腔7包括端面泵浦雷射介質4；其中，1為半導體泵浦脈衝雷射器的光纖輸出端，端面泵浦雷射介質4為摻雜銩離子的釩酸鹽晶體；半導體泵浦脈衝雷射器產生的泵浦光經泵浦光聚焦耦合系統2耦合進入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體(端面泵浦雷射介質4)，銩離子通過受激輻射，產生1.9微米波段脈衝雷射，所述1.9微米波段脈衝雷射在諧振腔7內震蕩；所述釩酸鹽晶體對所述1.9微米波段脈衝雷射進行拉曼變頻作用及鎖模作用，輸出2.3微米波段脈衝雷射。
具體地，所述1.9微米波段脈衝雷射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，產生2.3微米波段脈衝雷射。
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位於泵浦光聚焦耦合系統2和端面泵浦雷射介質4之間，用於反射1.9微米和2.3微米波段的脈衝雷射、同時透過795納米波段的泵浦光。
諧振腔7還包括輸出鏡6，用於反射1.9微米波段、同時反射及透過2.3微米波段的脈衝雷射。
具體地，泵浦端腔鏡3可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對795nm波段脈衝雷射高透和對1.9μm、2.3μm波段脈衝雷射高反的介質膜；輸出鏡6可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對1.9μm波段脈衝雷射高反及對2.3μm波段脈衝雷射部分反射、部分透過的介質膜。
諧振腔7還包括聲光Q開關5，聲光Q開關5位於端面泵浦雷射介質4和輸出鏡6之間，用於提高諧振腔7內的脈衝雷射功率密度。
具體地，端面泵浦雷射介質4可以為Tm:YVO4晶體或Tm:GdVO4晶體，Tm:YVO4或Tm:GdVO4晶體以1.9μm波段的脈衝雷射為基頻光，利用釩酸鹽晶體的890cm-1左右的拉曼變頻作用，產生2.3μm波段脈衝雷射。
本實施例提供的2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置，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制產生對2.3μm波段脈衝雷射的穩定鎖模，從而獲得了高功率、高能量的2.3μm波段超短脈衝雷射。
本實施例還提供了一種2.3微米波段脈衝雷射的產生方法，包括以下步驟：
S1：半導體泵浦脈衝雷射器產生的泵浦光經泵浦光聚焦耦合系統耦合進入摻雜銩離子的釩酸鹽晶體，銩離子通過受激輻射，產生1.9微米波段的脈衝雷射；
S2：以所述1.9微米波段的脈衝雷射為基頻光，利用釩酸鹽晶體的拉曼變頻作用，產生2.3微米波段脈衝雷射；
S3：所述釩酸鹽晶體對產生的2.3微米波段脈衝雷射進行鎖模作用，輸出2.3微米波段脈衝雷射。
結合上述2.3微米波段脈衝雷射的產生裝置100：
具體地，步驟S1中，半導體泵浦脈衝雷射器產生的泵浦光由半導體泵浦脈衝雷射器的光纖輸出端1輸出，進入泵浦光經泵浦光聚焦耦合系統2中，泵浦光聚焦耦合系統2將泵浦光聚焦於端面泵浦雷射介質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，產生1.9微米波段脈衝雷射，所述1.9微米波段脈衝雷射在諧振腔7內震蕩。
具體地，步驟S2和S3中，釩酸鹽晶體以輸出的1.9微米波段脈衝雷射為基頻光，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，產生2.3微米波段脈衝雷射。
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795nm波段脈衝雷射高透和對1.9μm、2.3μm波段脈衝雷射高反的介質膜；輸出鏡6可以為平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，鍍對1.9μm波段脈衝雷射高反和對2.3μm波段脈衝雷射部分反射、部分透過的介質膜。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波段脈衝雷射為基頻光，利用釩酸鹽晶體的890cm-1左右的拉曼變頻作用，產生2.3μm波段脈衝雷射。
本實施例提供的一種2.3微米波段脈衝雷射的產生方法，由於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波段超短脈衝雷射。
本實施例還提供了上述2.3微米波段脈衝雷射的應用，所述2.3微米波段脈衝雷射在軍事、醫學、環境監測、材料加工、遠程通信或計量學等領域具有廣泛而重要的應用。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。