基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm,Ho:YAP固體雷射器的製造方法
2023-12-11 00:33:27 2
基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm,Ho:YAP固體雷射器的製造方法
【專利摘要】基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm,Ho:YAP固體雷射器，涉及LD泵浦脈衝單頻Tm,Ho:YAP固體雷射器領域。解決了現有2μm固體雷射器發射的2μm波長雷射在大氣中的透過率低、同時存在能量轉換效率低的問題。該固體雷射器的Tm,Ho:YAP連續雷射器將接收到的LD泵浦光轉換為種子光，耦合系統將Tm,Ho:YAP連續雷射器發射出的種子光發射至Tm,Ho:YAP脈衝雷射發生裝置，Tm,Ho:YAP脈衝雷射發生裝置接收該種子光並輸出單頻脈衝雷射，注入鎖頻伺服系統用於控制Tm,Ho:YAP脈衝雷射發生裝置的單頻輸出。本發明適用於向雷達系統輸出單頻2μm脈衝雷射。
【專利說明】基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm, Ho: YAP固體雷射器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及LD泵浦脈衝單頻Tm，Ho: YAP固體雷射器領域。
【背景技術】
[0002]差分吸收雷射雷達和相干都卜勒測風雷達是實時測量氣體成分和大氣風場的有力工具，憑藉較高的大氣傳輸透過率，2 μ m種子注入單頻脈衝固體雷射器是上述雷射雷達的高性能雷射發射源。根據大氣透過率譜，相同功率下波長越長的2 μ m雷射的傳輸距離越遠，越有利於增大雷射雷達的測量距離。雷射二極體(laser diode，LD)直接泵浦的2 μ m固體雷射裝置具有結構緊湊、性能穩定及易於維護等的優點，非常適合於實際應用。LD泵浦的Tm\Ho摻雜材料是實現2 μ m輸出的有效途徑，主要有三種LD泵浦的Tm\Ho摻雜材料:(I)800nm左右LD泵浦單摻Tm材料；(2) 1.9 μ m左右LD泵浦單摻Ho材料；(3) 800nm左右LD泵浦Tm，Ho雙摻材料。材料(I)由於其增益峰集中在1.9 μ m左右，難以實現大氣透過率更高的2.Ιμπι波長雷射；材料(2)可以實現2.1 μ m波長雷射輸出，但是目前的1.9μπι左右LD製作工藝不成熟，導致整個裝置轉換效率低、廢熱量大。相比之下，材料(3)將材料(I)和材料(2)的優勢結合在一起，克服了上述缺點，即可以使用技術成熟的800nm左右LD作為泵浦源，又可以實現大氣透過率較高的2.1 μ m波長雷射輸出。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有2μπι固體雷射器發射的2μπι波長雷射在大氣中的透過率低、同時存在能量轉換效率低的問題，提出了基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm, HoiYAP固體雷射器。
[0004]基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，它包括Tm，HoiYAP連續雷射器、耦合系統、Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置和注入鎖頻伺服系統，
[0005]Tm, Ho: YAP連續雷射器將接收到的LD泵浦光轉換為種子光，耦合系統將Tm, HoiYAP連續雷射器發射出的種子光發射至Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置，Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置接收該種子光並輸出單頻脈衝雷射，注入鎖頻伺服系統用於控制Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置的單頻輸出。
[0006]所述Tm，HoiYAP連續雷射器包括一號半導體雷射器、一號Tm，HoiYAP晶體和一號液氮杜瓦瓶，
[0007]—號Tm, Ho: YAP晶體安裝在一號液氮杜瓦瓶內，一號半導體雷射器發射出的LD泵浦光透過一號液氮杜瓦瓶入射至一號Tm，Ho: YAP晶體，一號Tm，Ho: YAP晶體吸收LD泵浦光後發射出種子光，種子光透過一號液氮杜瓦瓶入射至耦合系統。
[0008]所述耦合系統包括一號變換透鏡、二分之一波片、光學隔離元件、一號全反鏡、二號全反鏡和二號變換透鏡，
[0009]一號變換透鏡接收Tm，HoiYAP連續雷射器發射出的種子光，並將該種子光進行透鏡變換後入射至二分之一波片，種子光經過二分之一波片後入射至光學隔離元件進行光學隔離，光學隔離後的種子光入射至一號全反鏡，一號全反鏡將種子光全反射後入射至二號全反鏡，二號全反鏡將種子光全反射後入射至二號變換透鏡，二號變換透鏡將種子光進行透鏡變換後作為耦合系統的輸出光，該耦合系統的輸出光入射至Tm，HoiYAP脈衝雷射發生
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[0010]所述Tm，Ηο:ΥΑΡ脈衝雷射發生裝置包括二號半導體雷射器、輸出耦合鏡、一號2 μ m全反鏡、二號液氮杜瓦瓶、二號Tm, Ho: YAP晶體、二號2 μ m全反鏡、三號2 μ m全反鏡和聲光調Q晶體，
[0011]I禹合系統的輸出光通過輸出I禹合鏡透射至一號2 μ m全反鏡,一號2 μ m全反鏡將耦合系統的輸出光反射至二號液氮杜瓦瓶，二號Tm，HckYAP晶體安裝在二號液氮杜瓦瓶中，耦合系統的輸出光穿過二號液氮杜瓦瓶入射至二號Tm，HckYAP晶體的一端，二號半導體雷射器發射出的LD泵浦光經一號2 μ m全反鏡透射至二號Tm，HoiYAP晶體的一端，二號Tm, Ho: YAP晶體的另一端發射出的雷射入射至二號2 μ m全反鏡，二號2 μ m全反鏡將該雷射反射至三號2 μ m全反鏡，三號2 μ m全反鏡將該雷射反射至聲光調Q晶體，該雷射經聲光調Q晶體和輸出耦合鏡透射形成Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置的輸出光。
[0012]所述注入鎖頻伺服系統包括壓電陶瓷、紅外探測器和電學伺服系統，
[0013]壓電陶瓷的一面與三號2μπι全反鏡的光路外側的一面固定，壓電陶瓷的電壓信號輸入端與電學伺服系統的電壓信號輸出端連接，紅外探測器位於壓電陶瓷的另一面，紅外探測器的電信號輸出端與電學伺服系統的電信號輸入端連接，電學伺服系統的控制信號輸出端與聲光調Q晶體的控制信號輸入端連接。
[0014]有益效果:本發明採用Tm`，HoiYAP晶體作為雷射介質，使用波長為795nm的LD作為泵浦源，利用液氮杜瓦瓶對晶體進行溫度控制，使裝置能夠輸出穩定的雷射，進而使能量的轉換效率提高了 10%以上，運用注入鎖定技術，使裝置能夠實現輸出大氣透過率更高的
2μ m波長雷射，實現了雷達系統所需要的單頻脈衝2 μ m雷射輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一、結合圖1說明本【具體實施方式】，基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，它包括Tm，HoiYAP連續雷射器21、耦合系統22、Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置23和注入鎖頻伺服系統24，
[0017]Tm，HckYAP連續雷射器21將接收到的LD泵浦光轉換為種子光，耦合系統22將Tm，HoiYAP連續雷射器21發射出的種子光發射至Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置23，Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置23接收該種子光並輸出單頻脈衝雷射，注入鎖頻伺服系統24用於控制Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置23的單頻輸出。
[0018]【具體實施方式】二、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器的區別在於，所述Tm, Ho:YAP連續雷射器21包括一號半導體雷射器1、一號Tm，HoiYAP晶體3和一號液氮杜瓦瓶2，
[0019]—號Tm, Ho:YAP晶體3安裝在一號液氮杜瓦瓶2內，一號半導體雷射器I發射出的LD泵浦光透過一號液氮杜瓦瓶2入射至一號Tm，HoiYAP晶體3，一號Tm，HoiYAP晶體3吸收LD泵浦光後發射出種子光，種子光透過一號液氮杜瓦瓶2入射至耦合系統22。
[0020]本實施方式中，一號Tm, Ho:YAP晶體3安裝在一號液氮杜瓦瓶2中，利用一號液氮杜瓦瓶2將一號Tm，HoiYAP晶體3的溫度保持在77K，使Tm，HoiYAP連續雷射器21能夠發射出穩定的種子光。
[0021]【具體實施方式】三、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】一或二所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器的區別在於，所述耦合系統22包括一號變換透鏡4、二分之一波片5、光學隔離元件6、一號全反鏡7、二號全反鏡8和二號變換透鏡9，
[0022]一號變換透鏡4接收Tm，Ho: YAP連續雷射器21發射出的種子光，並將該種子光進行透鏡變換後入射至二分之一波片5，種子光經過二分之一波片5後入射至光學隔離元件6進行光學隔離，光學隔離後的種子光入射至一號全反鏡7，一號全反鏡7將種子光全反射後入射至二號全反鏡8，二號全反鏡8將種子光全反射後入射至二號變換透鏡9，二號變換透鏡9將種子光進行透鏡變換後作為I禹合系統22的輸出光,該I禹合系統22的輸出光入射至Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置23。
[0023]【具體實施方式】四、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】三所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器的區別在於，所述Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置23包括二號半導體雷射器17、輸出耦合鏡10、一號2 μ m全反鏡11、二號液氮杜瓦瓶12、二號Tm, Ho: YAP晶體13、二號2 μ m全反鏡14、三號2 μ m全反鏡15和聲光調Q晶體16，
[0024]I禹合系統22的輸出光通過輸出I禹合鏡10透射至一號2 μ m全反鏡11, 一號2 μ m全反鏡11將耦合系統22的輸出光反射至二號液氮杜瓦瓶12，二號Tm，HoiYAP晶體13安裝在二號液氮杜瓦瓶12中，耦合系統22的輸出光穿過二號液氮杜瓦瓶12入射至二號Tm, HoiYAP晶體13的一端，二號半導體雷射器17發射出的LD泵浦光經一號2 μ m全反鏡11透射至二號Tm，HoiYAP晶體13的一端，二號Tm，HoiYAP晶體13的另一端發射出的雷射入射至二號2 μ m全反鏡14，二號2 μ m全反鏡14將該雷射反射至三號2 μ m全反鏡15，三號2 μ m全反鏡15將該雷射反射至聲光調Q晶體16,該雷射經聲光調Q晶體16和輸出I禹合鏡10透射形成Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置23的輸出光。
[0025]本實施方式中，二號Tm，HoiYAP晶體13安裝在二號液氮杜瓦瓶12中，利用二號液氮杜瓦瓶12將二號Tm，HoiYAP晶體13的溫度保持在77K，使二號Tm，HoiYAP晶體13能夠輸出穩定的雷射。
[0026]本實施方式中，當聲光調Q晶體16的調Q重複頻率為IOOHz時，獲得單脈衝能量達到2.8mJ的2130.7nm單頻脈衝雷射輸出，雷射線寬為4.5MHz，脈衝寬度為289ns。
[0027]【具體實施方式】五、結合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器的區別在於，所述注入鎖頻伺服系統24包括壓電陶瓷18、紅外探測器19和電學伺服系統20，[0028]壓電陶瓷18的一面與三號2μπι全反鏡15的光路外側的一面固定，壓電陶瓷18的電壓信號輸入端與電學伺服系統20的電壓信號輸出端連接,紅外探測器19位於壓電陶瓷18的另一面，紅外探測器19的電信號輸出端與電學伺服系統20的電信號輸入端連接，電學伺服系統20的控制信號輸出端與聲光調Q晶體16的控制信號輸入端連接。
[0029]【具體實施方式】六、本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器的區別在於，所述一號半導體雷射器I和二號半導體雷射器17發射的LD泵浦光的波長均為795nm。
[0030]【具體實施方式】七、本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器的區別在於，所述三號2 μ m全反鏡15和輸出耦合鏡10均為平凹鏡，其曲率半徑均為1000mm。
[0031]【具體實施方式】八、本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器的區別在於，所述一號液氮杜瓦瓶2的窗口片和二號液氮杜瓦瓶12的窗口片均鍍有泵浦光且振蕩光透射率均為99.5%的介質膜。
[0032]【具體實施方式】九、本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器的區別在於，所述一號全反鏡7、二號全反鏡8、一號
2μ m全反鏡11、二號2 μ m全反鏡14和三號2 μ m全反鏡15的反射面均鍍有泵浦光透射率為99.5%，且振蕩光反射率為99.7%的介質膜。
[0033]【具體實施方式】十、本【具體實施方式】與【具體實施方式】四所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器的區別在於，所述輸出耦合鏡10的一面鍍有振蕩光透射率為13%的介質膜。
【權利要求】
1.基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，它包括Tm, Ho: YAP連續雷射器(21)、耦合系統(22 )、Tm，Ho: YAP脈衝雷射發生裝置(23 )和注入鎖頻伺服系統(24)， Tm, Ho:YAP連續雷射器(21)將接收到的LD泵浦光轉換為種子光，耦合系統(22)將Tm，Ho: YAP連續雷射器(21)發射出的種子光發射至Tm，Ho: YAP脈衝雷射發生裝置(2 3 )，Tm, HoiYAP脈衝雷射發生裝置(23)接收該種子光並輸出單頻脈衝雷射，注入鎖頻伺服系統(24)用於控制Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置(23)的單頻輸出。
2.根據權利要求1所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HckYAP固體雷射器，其特徵在於，所述Tm，Ho: YAP連續雷射器(21)包括一號半導體雷射器(I)、一號Tm, Ho: YAP晶體(3 )和一號液氮杜瓦瓶(2 )， 一號Tm, Ho:YAP晶體(3)安裝在一號液氮杜瓦瓶(2)內，一號半導體雷射器(I)發射出的LD泵浦光透過一號液氮杜瓦瓶(2)入射至一號Tm，HoiYAP晶體(3)，一號Tm，HoiYAP晶體(3)吸收LD泵浦光後發射出種子光，種子光透過一號液氮杜瓦瓶(2)入射至耦合系統(22)。
3.根據權利要求1或2所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述耦合系統(22)包括一號變換透鏡(4)、二分之一波片(5)、光學隔離元件(6)、一號全反鏡(7)、二號全反鏡(8)和二號變換透鏡(9)， 一號變換透鏡(4)接收Tm，HoiYAP連續雷射器(21)發射出的種子光，並將該種子光進行透鏡變換後入射至二分之一波片(5)，種子光經過二分之一波片(5)後入射至光學隔離元件(6)進行光學隔離，光學隔離後的種子光入射至一號全反鏡(7)，一號全反鏡(7)將種子光全反射後入射至二號全反鏡(8)，二號全反鏡(8)將種子光全反射後入射至二號變換透鏡(9)，二號變換透鏡(9)將種子光進行透鏡變換後作為耦合系統(22)的輸出光，該耦合系統(22)的輸出光入射至Tm，HoiYAP脈衝雷射發生裝置(23)。
4.根據權利要求3所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述Tm，HckYAP脈衝雷射發生裝置(23)包括二號半導體雷射器(17)、輸出率禹合鏡(10)、一號2 μ m全反鏡(11)、二號液氮杜瓦瓶(12)、二號Tm, Ho:YAP晶體(13)、二號.2μM全反鏡(14)、三號2μπι全反鏡(15)和聲光調Q晶體(16)， 率禹合系統(22)的輸出光通過輸出f禹合鏡(10)透射至一號2 μ m全反鏡(11), 一號2 μ m全反鏡(11)將稱合系統(22)的輸出光反射至二號液氮杜瓦瓶(12), 二號Tm, Ho: YAP晶體(13)安裝在二號液氮杜瓦瓶(12)中，耦合系統(22)的輸出光穿過二號液氮杜瓦瓶(12)入射至二號Tm，HoiYAP晶體(13)的一端，二號半導體雷射器(17)發射出的LD泵浦光經一號.2 μ m全反鏡(11)透射至二號Tm，Ho: YAP晶體(13)的一端，二號Tm，Ho: YAP晶體(13)的另一端發射出的雷射入射至二號2 μ m全反鏡(14)，二號2 μ m全反鏡(14)將該雷射反射至三號2 μ m全反鏡(15),三號2 μ m全反鏡(15)將該雷射反射至聲光調Q晶體(16),該雷射經聲光調Q晶體(16)和輸出耦合鏡(10)透射形成Tm，Ho: YAP脈衝雷射發生裝置(23)的輸出光。
5.根據權利要求1所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述注入鎖頻伺服系統(24)包括壓電陶瓷(18)、紅外探測器(19)和電學伺服系統(20)，壓電陶瓷(18)的一面與三號2μπι全反鏡(15)的光路外側面固定，壓電陶瓷(18)的電壓信號輸入端與電學伺服系統(20)的電壓信號輸出端連接,紅外探測器(19)位於壓電陶瓷(18)的另一面,紅外探測器(19)的電信號輸出端與電學伺服系統(20)的電信號輸入端連接，電學伺服系統(20)的控制信號輸出端與聲光調Q晶體(16)的控制信號輸入端連接。
6.根據權利要求4所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述一號半導體雷射器(I)和二號半導體雷射器(17)發射的LD泵浦光的波長均為795nm。
7.根據權利要求4所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述三號2 μ m全反鏡(15)和輸出耦合鏡(10)均為平凹鏡，其曲率半徑均為 1000mm。
8.根據權利要求4所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述一號液氮杜瓦瓶(2)的窗口片和二號液氮杜瓦瓶(12)的窗口片均鍍有泵浦光且振蕩光透射率均為99.5%的介質膜。
9.根據權利要求4所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述一號全反鏡(7)、二號全反鏡(8)、一號2 μ m全反鏡(11)、二號2 μ m全反鏡(14)和三號2μπι全反鏡(15)的反射面均鍍有泵浦光透射率為99.5%，且振蕩光反射率為99.7%的介質膜。
10.根據權利要求4所述的基於注入鎖定方式的LD泵浦脈衝單頻Tm，HoiYAP固體雷射器，其特徵在於，所述輸出稱合鏡(10`)的一面鍍有振蕩光透射率為13%的介質膜。
【文檔編號】H01S3/0941GK103500919SQ201310475693
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】姚寶權, 戴通宇, 段小明, 鞠有倫, 王月珠 申請人:哈爾濱工業大學