[发明专利]2μm全固态脉冲环形激光器

说明书

技术领域

本发明涉及全固态激光器，特别是一种2μm全固态脉冲激光器。

背景技术

2μm波段的激光由于具有良好的大气穿透性和人眼安全等特点，近年来，逐渐引起人们的极大兴趣。这种激光器被认为是人眼安全远程探测系统，如相干多普勒测风雷达、差分吸收雷达等系统的理想光源，并且它还是获得3-5μm波段光学参量振荡器激光输出的理想抽运源。

特别是在相干多普勒测风雷达上的应用，2μm脉冲相干探测雷达能够准确的提供出二氧化碳垂直轮廓和对流层的风场轮廓。在这种雷达系统中，关键要有一个可靠的，高能量的2μm激光发射源。并且相干探测激光雷达逐步从在地基雷达的基础上，向空间发展，星载相干雷达系统对激光能量要求更高(达到单脉冲能量焦耳量级)。2μm激光的研究，各国已经广泛开展。但是要获得高能量的激光脉冲输出，根据已有的研究结果，一般采用固体激光增益介质较容易实现。1998年，美国NASALangley研究中心采用钬铥共掺氟化钇锂(Ho:Tm:YLF)晶体作为增益介质，得到在重复频率为6Hz时，单脉冲能量为125mJ的2.05μm激光的输出。2004年，利用传导冷却的方式得到2μm调Q激光400mJ的能量输出。2006年，采用主振荡脉冲放大系统(MOPA)，包括一个振荡级，一个前置放大级，和两个正式放大级，获得单脉冲能量1J的激光输出。当然，其他国家也有开展2μm固体激光的研究，这里不一一列举。

发明内容

本发明的目的是为了获得相干多普勒测风雷达所需要的光源，提供一种2μm全固态脉冲激光器，来获得人眼安全的、大脉冲能量和单频窄线宽的2μm激光。

本发明技术解决方案是：

一种2μm全固态脉冲激光器，其特点在于由泵浦头、环形激光谐振腔、声光Q开关和种子激光注入系统构成，所述的环形激光谐振腔由输入输出耦合镜、全反射平面镜、第一凹面镜、第二凹面镜至所述的输入输出耦合镜构成8字形光路的环形谐振腔，所述的声光Q开关位于所述的环形激光谐振腔的束腰处，所述的种子激光注入系统发出的种子激光由所述的输入输出耦合镜注入所述的环形激光谐振腔，所述的泵浦头由泵浦源、柱透镜和激光棒组成，所述的激光棒置于所述的环形激光谐振腔内的光路中，所述的泵浦源是包括多组激光二极管阵列，每组激光二极管阵列沿所述的激光棒的长度方向排列经过各自的柱透镜围绕所述的激光棒呈中心对称分布。

所述的泵浦源是中心波长为792nm激光二极管阵列。

所述的激光棒是由双掺铥钬的氟化镥锂(Tm，Ho:LuLiF)晶体制成的。

所述的种子激光注入系统输出的激光波长为2053nm，线宽2MHz。

所述的环形激光谐振腔的腔长大于2米。

本发明具有以下优点：

1、激光增益介质采用Tm，Ho:LuLiF晶体。它属于准四能级结构。该激光增益介质主要掺铥，钬的介质。铥离子(Tm³⁺)在近红外区是很好的感光物质，但是受激发射截面较小；钬离子(Ho³⁺)的受激发射截面较大，但是在792nm附近对泵浦光的吸收较弱，因此采用对钬离子进行敏化的双掺晶体作为激光增益介质。LuLiF，属于四方晶系，这种晶体的非线性折射系数小，非常适合于三价稀土金属离子(如Tm³⁺，Ho³⁺)的掺杂；而Tm，Ho:LuLiF激光器的激光上能级寿命大于10ms，大约是Nd:YAG激光上能级寿命(230us)的50倍，这表明LuLiF基质有较高的光存贮容量；在同样的泵浦条件下，Tm，Ho:LuLiF激光器斜率效率相对较高，因此我们选用Tm，Ho:LuLiF晶体激光增益介质，以获得低重复频率下的高能量2um脉冲激光的输出。

2、采用侧面泵浦结构，激光二极管阵列沿着激光棒的长度方向排列，泵浦方向垂直于激光辐射的传播方向。这种泵浦方式，更容易获得高的激光能量输出，因为可以在激光棒的周围使用更多的激光二极管阵列。激光二极管阵列环绕激光晶体对称分布的泵浦结构，对处于中心的激光棒产生同性质的泵浦分布，有助于提高这种准四能级增益介质的利用率，高效的提取TEM₀₀模能量。采用奇数个泵浦二极管阵列可以降低二极管之间的相互辐照，防止二极管的损坏。