同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器制造技术

一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，采用了同带泵浦技术使得激光器结构紧凑、量子转换效率高、热效应影响小，采用低掺杂的Er:YAG晶体作为激光增益介质，可以减小能量上转换和自吸收副作用。采用了被动调Q方式，因此整个系统可以实现结构紧凑、高效率和高光束质量的全固态1617nm人眼安全波段的调Q脉冲激光输出。

【技术实现步骤摘要】
同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器
本专利技术属于人眼安全波段激光
，特别是一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器。
技术介绍
由于1.6μm激光处在人眼安全波段，又处在大气透光窗口，特别是在海洋上空具有更好的相对透过率，因此全固态的1.6μm激光器在激光通信、激光测距和多普勒测风激光雷达等中有着重要的应用价值和研究前景。1.6μm激光可以通过OPO非线性方法或拉曼频移间接获得，但该类方法效率低，结构复杂，最简便方法是利用LD直接泵浦掺Er3+增益介质获得。由于掺Er3+激光介质通常受到严重的能量上转换效应及较大热效应的限制，1.6μm全固态激光器进展缓慢。如今随着同带泵浦技术的出现，基于1.5μm同带泵浦的Er:YAG激光器正成为获得1.6μm人眼安全激光研究热点。在Er3+离子低掺杂时Er:YAG晶体可以发射1645nm和1617nm两个主要激光波长，其中1617nm的反转粒子数阈值(16％)高于1645nm的反转粒子数阈值(9％)，因此1617nm激光的获得远比1645nm激光困难。但是大气中甲烷对1645nm的吸收约为0.1km-1，而对1617nm激光几乎不吸收，所以通过Er:YAG激光器获得1617nm的激光输出已成为该领域研究热点和技术难点。近年发展起来的石墨烯可饱和吸收体，具有调制范围宽、低饱和能量、高损伤阈值、超快的吸收恢复时间、制备简单等优点，其在调Q、锁模激光器中的应用逐渐成为研究热点。最近有研究人员采用掺Er3+1532nm光纤激光器作为同带泵浦源，实现了1645nm石墨烯被动调Q脉冲激光输出。然而该类泵浦方案相对复杂，作为泵浦源的掺Er3+光纤激光器本身需要980nmLD作为泵浦源，这一复杂结构增加了整个系统体积，同时系统的总效率也受到第一级980nmLD泵浦掺Er3+光纤激光器效率的限制。如今，InGaAsP/InP的1.5μmLD已经实现商业化，基于1.5μmLD同带泵浦的Er:YAG激光器也不断发展起来。该泵浦结构相对简单，只需要一级泵浦就可以得到1.6μm的人眼安全激光输出。同时量子效率(系统总量子效率)可达90％左右。目前基于1.5μmLD同带泵浦源技术，采用石墨烯作为可饱和吸收实现1617nm人眼安全被动调Q脉冲激光输出还没有相关研究报道，所以采用1.5μmLD同带泵浦源，利用石墨烯可饱和吸收体获得1617nm脉冲激光输出具有重要的应用前景和研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，利用窄线宽的1.5μmLD同带泵浦Er:YAG激光晶体，其量子效率高，而且能很好的解决热效应带来的负作用，采用石墨烯可饱和吸收镜作为被动调Q器件，从而获得结构紧凑、高效率和高光束质量的1617nm人眼安全波段的脉冲激光器。本专利技术的技术解决方案如下：一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，其特点在于其构成包括带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管,沿带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管激光输出方向依次是聚焦耦合系统，Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜，低掺杂Er:YAG晶体棒，石墨烯可饱和吸收镜，在Er:YAG激光器的输出腔镜和Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜之间插入起偏器和标准具，带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管作为同带泵浦源，经过聚焦耦合系统聚焦到低掺杂Er:YAG晶体棒中,1617nm激光在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜和Er:YAG激光器的石墨烯可饱和吸收镜之间形成的激光腔中振荡产生脉冲激光。所述的石墨烯可饱和吸收镜是采用旋转涂抹法将石墨烯转移到Cu、Ag制成的反射式可饱和吸收镜。所述的Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜为平面镜，镀有1.5μm高透膜，1.6μm波段S偏振光高反膜。所述的Er:YAG激光器的耦合输出腔镜为具有一定曲率半径的凹面镜，镀有1.6μm波段部分增透膜。在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜和Er:YAG激光器的石墨烯可饱和吸收镜之间形成的激光腔中振荡产生1617nm脉冲激光。另外由于腔内插入了起偏器和标准具，这样通过石墨烯可饱和吸收镜被动调Q器件，可以得到偏振的窄线宽的1617nm人眼安全波段的脉冲激光输出。本专利技术具有以下优点：1.本专利技术采用1.5μmLD同带泵浦Er:YAG激光晶体，通过模式选择得到1617nm激光输出，大大提高了系统的量子效率。实现了系统的全固态，而且通过选模获得了在大气中更有利于传输的1617nm脉冲激光。2.本专利技术采用低掺杂的Er:YAG激光晶体作为增益介质，能够进一步抑制能量上转换和自吸收带来的损耗，同时也减小了由以上损耗带来的热效率，整个系统能够得到高效高光束质量的1617nm激光输出。3.本专利技术采用石墨烯可饱和吸收镜作为被动调Q器件，使整个系统的结构更加简单紧凑，而且石墨烯转移到Cu、Ag等有益于散热的金属上，提高了系统的稳定性。附图说明图1是本专利技术1.5μm半导体激光器同带泵浦Er:YAG晶体全固态1617nm被动调Q激光器的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，图1是本专利技术1.5μm半导体激光器同带泵浦Er:YAG晶体全固态1617nm被动调Q激光器的结构示意图。实施例如下：带尾纤输出的1.5μm窄线宽LD101的纤芯直径为200μm，数值孔径为0.22，线宽大约在1nm。聚焦耦合系统102由两个凸透镜组成，它们的焦距比为1:4。Er:YAG激光晶体104的掺杂浓度原子数比为0.25％，尺寸选用直径Φ＝4mm，长度为40mm的圆棒结构，分别用银箔包裹放在冷却热沉中，温度控制在18摄氏度。Er:YAG激光器的45°折叠的前腔镜103镀有1.5μm的高透膜T>95％，1.6到1.7μm的S偏振光高反膜。Er:YAG激光器腔的耦合输出腔镜108为曲率半径R＝500mm的凹面镜，镀有1617nm波段的部分过膜T＝20％。腔内插入的标准具107为未镀膜且厚度为1mm的石英平片。起偏器106在腔内以布儒斯特角放置，对P方向偏振光高透。石墨烯可饱和吸收镜105作为被动调Q器件，同时也为Er:YAG激光器的后腔镜。该系统采用端面同带泵浦方式，基于低掺杂的Er:YAG激光晶体棒104，能有效抑制能量上转换和自吸收损耗，利用石墨烯可饱和吸收镜105，得到了偏振的窄线宽的人眼安全波段的1617nm脉冲激光输出。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，其特征在于其构成包括带尾纤输出的1.5mm窄线宽激光二极管(101),沿带尾纤输出的1.5mm窄线宽激光二极管(101)激光输出方向依次是聚焦耦合系统(102)，Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜(103)，低掺杂Er:YAG晶体棒(104)，石墨烯可饱和吸收镜(105)的后腔镜，在Er:YAG激光器的输出腔镜(108)和Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜(103)之间插入起偏器(106)和标准具(107)，带尾纤输出的1.5mm窄线宽激光二极管(101)作为同带泵浦源，经过聚焦耦合系统(102)聚焦到低掺杂Er:YAG晶体棒(104)中,1617nm激光在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜(108)和Er:YAG激光器的后腔镜(105)之间形成的激光腔中振荡产生脉冲激光。

【技术特征摘要】
1.一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，其特征在于其构成包括带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管(101),沿带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管(101)激光输出方向依次是聚焦耦合系统(102)，Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜(103)，低掺杂Er:YAG晶体棒(104)，石墨烯可饱和吸收镜(105)，在Er:YAG激光器的输出腔镜(108)和Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜(103)之间插入起偏器(106)和标准具(107)，带尾纤输出的1.5μm窄线宽激光二极管(101)作为同带泵浦源，经过聚焦耦合系统(102)聚焦到低掺杂Er:YAG晶体棒(104)中,1617nm激光在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜(108)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明建，陈卫标，孟俊清，侯霞，于真真，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31