一種中紅外固體激光器及獲得3μm波段中紅外激光的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于全固態固體激光設備技術領域，具體地說涉及一種中紅外固體激光器及獲得3μπι波段中紅外激光的方法。
【背景技術】
[0002]由于中紅外波段激光(3?5μπι)正好處于大氣窗口，而且還處在一些有害、有毒氣體以及水和二氧化碳等重要分子的吸收帶上，中紅外激光在激光雷達、遙感、環境監測、醫療以及紅外對抗等方面有著重要應用價值和前景。因此，中紅外激光近年來成為固體激光領域研究的熱點。
[0003]目前，固體激光技術所見報道的技術路線主要有光學參量振蕩器、光纖激光器以及全固態激光器。其中，最為成熟的技術路線是光學參量振蕩器，但在此技術路線中，中紅外激光屬于閑置光，轉換效率較低。由于石英玻璃在3μπι波段透過率低，光纖激光器只能選擇聲子能量低的基質(比如氟化物)，所以3μπι波段光纖激光器比較脆弱，損傷閾值低，不利于脈沖激光運轉。全固態激光器直接產生3μπι波段激光輸出，典型的激活離子主要有Er3+、Ho3+、Dy3+，但目前同中紅外波段激光相比，其輸出功率和轉換效率都遠遠偏低，這主要是因為此技術路線本身的量子效率較低，理想的中紅外波段激光介質也比較少。同時，從典型的3μπι激光激活離子Ho3+能級圖可以看出，請參見附圖中的圖1，產生3μπι激光的下能級5I7距離基態能級較遠，并且其下級壽命較長，通常要長于其激光上能級，即(5I7)X5I6),這大幅度地增加了產生3μπι激光的難度，抬高了其抽運閾值，影響轉換效率。因此，采用傳統的抽運方式下難以獲得高效、高功率3μι激光輸出。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，現提出一種中紅外固體激光器及獲得3μπι波段中紅外激光的方法，運用“雙向抽運”的新技術路徑，能夠實現高效率、高質量的3μπι波段中紅外激光輸出。
[0005]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0006]—種中紅外固體激光器，包括激光器一，所述激光器一包括激光晶體、前腔鏡和后腔鏡，所述中紅外固體激光器還包括激光器二，所述激光器二和激光器一的結構相同，在所述激光器二中，所述激光晶體表面鍍有1.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔鏡表面鍍有1.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，所述激光器一在后腔鏡和激光晶體之間設置有激光反射鏡，從所述激光器二輸出的激光經所述激光反射鏡的反射進入激光器一的激光晶體中。
[0007]進一步，在所述激光器一中，所述激光晶體表面鍍有1.15μπι、2.Ιμπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔鏡表面鍍有1.15μπι激光高透膜和2.9μπι激光高反膜，所述前腔鏡表面鍍有
2.Ιμπι激光高透膜。
[0008]進一步，所述激光晶體設置為板條或塊狀結構，長度為10mm-30mm，寬度為3mm，厚度為 lmm-1.2mm。
[0009]進一步，所述激光晶體的晶體基質設置為氟化物或過氧化物。
[0010]進一步，所述激光晶體設置為摻鈥激光晶體或摻鏑激光晶體。
[0011]進一步，所述前腔鏡、后腔鏡和激光反射鏡均為平平鏡。
[0012]進一步，所述激光反射鏡與激光器一中的激光晶體呈45°夾角設置。
[0013]進一步，所述激光晶體處設置有晶體冷卻上熱沉和晶體冷卻下熱沉，所述激光晶體設置在晶體冷卻上熱沉和晶體冷卻下熱沉之間，所述晶體冷卻上熱沉和晶體冷卻下熱沉均為紫銅材質制成，其內部通冷卻液冷卻。
[0014]進一步，所述中紅外固體激光器的抽運源為激光二極管陣列或尾纖輸出的激光二極管，其中心波長為1.15μηι。
[0015]本發明還提供一種利用上述中紅外固體激光器獲得3μπι波段中紅外激光的方法，包括以下步驟:
[0016](I)向所述激光器一和激光器二中輸入1.15μηι波長的抽運光；
[0017](2)在激光器一中，由于所述激光晶體表面鍍有1.15μπι、2.Ιμπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔鏡表面鍍有I.15wii激光高透膜和2.9μπι激光高反膜，所述前腔鏡表面鍍有2.1μm激光高透膜，因此，1.15μπι抽運光從基態抽運到激光上能級，輸出2.9μπι激光；
[0018](3)在激光器二中，由于所述激光晶體表面鍍有1.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔鏡表面鍍有I.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，因此，激光器二輸出2.Ιμπι的激光，2.1Mi的激光通過激光反射鏡被導入激光器一并作為反向抽運光；
[0019](4)通過激光器一和激光器二的“雙向抽運”，即可獲得3μπι波段中紅外激光。
[0020]本發明的工作原理:
[0021 ]所謂的“雙向抽運”是針對3μπι激光離子下能級壽命比上能級壽命長導致3μπι激光輸出困難的問題，采用兩束抽運光對激光介質進行抽運，其中抽運光一將粒子從基態抽運到激光上能級，稱為正向抽運;抽運光二的光子能量與激活離子下能級的能量基本相當，可以將激光下能級粒子抽運到基態，稱為反向抽運，這樣可以使粒子停留在下能級的時間大幅縮短，更容易實現3μπι激光的粒子數反轉，降低抽運閾值，并且使激光上能級的反轉粒子數可以更有效的轉換為中紅外激光輸出，同時降低了激光發射過程中無輻射躍迀產生的廢熱，另外，由于抽運光二在此過程中幾乎沒有消耗(也可能得到放大)，3μπι激光的整體轉換效率得到了提高，從而突破目前3μπι固體激光的技術瓶頸。
[0022]本發明的有益效果是:
[0023]本發明提供的中紅外固體激光器包括激光器一和激光器二，所述激光器一和激光器二的結構相同，在所述激光器二中，所述激光晶體表面鍍有I.15μπι和2.9μπι激光高透膜，所述后腔鏡表面鍍有I.15μπι激光高透膜和2.Ιμπι激光高反膜，所述激光器一在后腔鏡和激光晶體之間設置有激光反射鏡，從所述激光器二輸出的激光經所述激光反射鏡的反射進入激光器一的激光晶體中，通過激光器一和激光器二的“雙向抽運”，有效地縮短了粒子在3μπι激活離子下能級停留的時間，使激光器更容易達到粒子數反轉，彌補了傳統抽運方式在中紅外激光技術中的劣勢，實現低閾值、高效率的3μπι連續激光輸出。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明涉及的Ho3+能級圖；
[0025]圖2是本發明的整體結構示意圖；
[0026I圖3是本發明的雙向抽運原理示意圖。
[0027]附圖中:抽運源1、耦合準直透鏡2、耦合聚焦透鏡3、后腔鏡4、激光晶體5、前腔鏡6、晶體冷卻上熱沉7、晶體冷卻下熱沉8、激光反射鏡9、激光器一 10、激光器二 20、第一抽運光30、第二抽運光40。
【具體實施方式】
[0028]為了使本領域的人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0029]實施例一:
[0030]如圖2所示，一種中紅外固體激光器，包括激光器一 10，所述激光器一 10包括抽運源1、耦合準直透鏡2、耦合聚焦透鏡3、后腔鏡4、激光晶體5、前腔鏡6、晶體冷卻上熱沉7、晶體冷卻下熱沉8，所述激光晶體5設置在晶體冷卻上熱沉7和晶體冷卻下熱沉8之間，所述晶體冷卻上熱沉7和晶體冷卻下熱沉8均為紫銅材質制成，其內部通冷卻液冷卻，所述晶體冷卻上熱沉7和晶體冷卻下熱沉8使激光晶體5得到了較大面積的冷卻，改善了激光晶體5的熱透鏡效應，有利于產生高功率中紅外激光，所述前腔鏡6和后腔鏡4與激光晶體5的端面平行設置，所述中紅外固體激光器還包括激光器二 20，所述激光器一 10和激光器二 20的結構相同，在所述激光器一 10中，所述后腔鏡4和激光晶體5之間設置有激光