[发明专利]一种准三能级激光器

说明书

技术领域

本发明属于光电子及激光技术技术领域，具体的涉及一种0.9X μm准三能级激光器。

背景技术

Nd³⁺准三能级跃迁产生的激光谱线位于0.9Xμm（其中0.9≤0.9X<1.0）波段附近，能够产生更短的波长(较1 μm)，这个谱段的激光在水蒸气探测、臭氧探测以及差分吸收雷达上有着很多特殊的应用。更重要的是，经过倍频可以转换至蓝光谱区，由于蓝光激光在高密度数据存储，RGB全色显示，生物医学，高分辨率打印，水下通信和拉曼光谱等方面有着广泛的用途。

1987年，斯坦福大学的Fan和Byer建立了准三能级激光器的理论模型，阐明了准三能级激光系统中独特的再吸收机制，并采用808 nm LD抽运Nd:YAG棒，首次在室温下获得了946 nm的连续激光输出。此后，随着中高功率半导体激光器的发展成熟，性能优良的新型激光介质的不断涌现，激光器泵浦类型和激光介质几何形状的多样化，0.9X μm准三能级激光器呈现出蓬勃发展局面。掺钕钒酸盐具有吸收截面和吸收线宽较大，0.9X μm跃迁的受激发射截面大，能够产生偏振光等优异的光学性能和热导率高、热膨胀系数较小、硬度大，晶体质量好等良好的物理性能，这一类晶体已经逐渐成为0.9X μm准三能级激光器和蓝光激光器中的首选激光介质。目前，采用掺钕钒酸盐晶体作为激光介质的准三能级激光器成为0.9X μm激光器研究和寻求突破的重点。从本质上来讲，由于共用激光上能级，0.9X μm谱线需要与1.06 μm和1.3 μm 谱线进行模式竞争，而前者的受激发射截面仅为1.06 μm的1/10左右，因此对于激光晶体的选取（掺杂浓度和晶体长度的乘积Ndl<const）、谐振腔设计和镀膜要求都很苛刻，实现起来困难重重。

目前，掺钕钒酸盐0.9X μm准三能级激光器主要存在着以下问题亟待解决。第一，输出功率低；目前最大输出功率仅为16.2 W，属于中低功率激光器。第二，转换效率低，光光转换效率大多低于30％；较低的效率一方面造成了高的功耗，另一方面会造成较大的热效应，从而严重影响准三能级激光器的整体性能。第三，光束质量差，激光器亮度低，很难达到实用要求。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种实现高效率、低阈值、高亮度0.9X μm激光的0.9X μm准三能级激光器。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：

一种准三能级激光器，其在光路上依次设置有一用于将激光介质中的Nd³⁺泵浦至0.9X μm准三能级激光器的上能级的偏振泵浦光产生单元，所述偏振泵浦光产生单元为一中心波长在500 nm到900 nm之间的激光器，所述激光器输出激光的偏振度大于0.9；一用于将所述偏振泵浦光产生单元输出的激光束修饰成与激光介质和光学谐振腔相匹配的泵浦光束的光束整形单元；一通过受激跃迁用于产生0.9X μm光子的增益介质单元；和一产生0.9X μm激光的0.9X μm光学谐振腔单元。

进一步的，所述偏振泵浦光产生单元为半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或半导体泵浦的固体激光器。

进一步的，所述光束整形单元为一几何整形系统、或为一光谱整形系统，或为几何整形与光谱整形的综合系统。

进一步的，所述光束整形单元是由单个透镜、光栅、空间滤波器、多模光纤构成，或者由透镜、光栅、空间滤波器、多模光纤中的两种或者两种以上组成的。

进一步的，所述增益介质单元为圆柱形的掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷，或六面体状的掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷，或碟片状的掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷，或为光纤状的掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷。

进一步的，所述光学谐振腔单元主要由前谐振腔镜和后谐振腔镜构成，所述前谐振腔镜和后谐振腔镜之间依次放置有空间滤波器、偏振片、双折射滤光片、F-P标准具、体布拉格光栅中的N种，所述N的范围为0≤N≤5。所述0.9X μm光学谐振腔单元为直线腔、V型腔、Z型腔或环形腔。

所述前、后谐振腔镜用于控制0.9X μm 、1.06 μm和1.3 μm 谱线的反射透射率，为产生的0.9X μm振荡光子提供正反馈，通过往返于所述前、后谐振腔镜之间，并从激活的增益介质中获取能量，实现能量的积累和放大；所述空间滤波器用于控制腔内激光的横模模式，所述偏振片用于控制腔内激光的偏振模式，所述双折射滤光片用于控制腔内激光的纵模模式，所述的F-P标准具用于控制腔内激光的纵模模式，体布拉格光栅用于控制腔内激光的纵模模式，确保激光束的高亮度输出。