一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法和激光器技术

本发明专利技术公开了一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法和激光器，属于激光领域。所述方法包括：以泵浦光将激光增益介质中的电子激发到高能级，通过激光谐振腔设计调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子

【技术实现步骤摘要】
一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法和激光器


[0001]本专利技术涉及激光
，更具体的说是涉及一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法和激光器。

技术介绍

[0002]激光作为一种重要的人造光源，在重要领域扮演着重要的角色，不同的应用需要不同波长的激光，而可获得的激光波长决定于电子跃迁时的能级差。按照波尔的氢原子模型，电子的能级是量子化、分立的，受到均匀和非均匀加宽的影响，其光谱可以得到一定展宽，所产生的激光可以以调谐激光技术实现其波长在一定范围连续可调。为拓展激光波长，非线性光学和频率变换技术得以发展，并在激光发射波长的基础上，拓展到紫外和红外众多波段，满足了很多实际应用需求，但其拓展的基础依然是激光的波长，并且，非线性光学和频率变换技术是基于材料中电子对外界光场的高阶响应，其频率转换过程决定于材料的非线性极化率，而该极化率比线性极化率往往小几个数量级，这要求入射光场的功率密度较大；非线性频率变换的效率还决定于相位匹配、走离、温度等影响和限制，对波长拓展器件的设计和应用要求较高。因此，直接从激光发射的过程中拓展激光波长并实现电子跃迁过程的量子“裁剪”，具有非线性频率变换技术难以比拟的优势，同时，也可以为非线性光学和频率变换技术提供基础的光源，进一步拓展激光波长。
[0003]然而，如波尔的氢原子模型所述，电子的量子化轨道决定了荧光光谱的分立性，也限制了所获得的激光波长。因此，如何突破荧光光谱限制获得具有新波长的激光一直是本领域的关键技术难题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法和激光器，用于解决
技术介绍
中存在的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术公开了一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法，所述方法包括：激光增益介质在泵浦光的激发下将电子跃迁到高能级，通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，所述激光谐振腔包括沿光路方向依次设置的入射镜、折叠镜、调谐元件和出射镜，所述激光增益介质位于所述激光谐振腔内的入射镜和折叠镜之间。
[0007]优选的，激光增益介质在泵浦光的激发下将电子跃迁到高能级，具体包括以下步骤：
[0008]泵浦源提供的泵浦光，经过聚焦系统聚焦后注入到激光增益介质，将电子跃迁激发到高能级上。
[0009]通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时
以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，具体包括：
[0010]所述泵浦光波长为976nm时，所述激光增益介质包括镱离子掺杂浓度 1at％
‑
30at％硼酸钙氧稀土盐晶体，激光增益介质的晶体表面抛光并镀以对 1000nm
‑
1500nm波段高透过的增益介质膜；
[0011]输入镜镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm高反射的介质膜 A；
[0012]折叠镜镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm波段全反射的介质膜B；
[0013]输出镜或镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1200nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对900
‑
1200nm波段高透过且对1200
‑
1300nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对900
‑
1400nm波段高透过且对1400
‑
1500nm波段部分反射的介质膜C。
[0014]通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，还包括：
[0015]所述泵浦光波长为532nm时，所述激光增益介质包括掺杂浓度为 0.1at％
‑
5at％的钛宝石晶体，激光增益介质的晶体表面抛光且入射光以布鲁斯特角入射到激光增益介质的晶体表面；
[0016]输入镜镀以对500
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm波段高反射的介质膜A；
[0017]折叠镜镀以对500
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm波段全反射的介质膜B；
[0018]输出镜或镀以对500
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1200nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对500
‑
1200nm波段高透过且对1200
‑
1300nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对500
‑
1400nm波段高透过且对1400
‑
1500nm波段部分反射的介质膜C。
[0019]通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，还包括：
[0020]所述泵浦光波长为795nm时，所述激光增益介质包括铥掺杂浓度 0.1at％
‑
20at％的钇铝石榴石晶体，激光增益介质的晶体表面抛光并镀对795nm 和1800
‑
2100nm波段高透过的介质膜；
[0021]输入镜镀以对795nm和1800
‑
2100nm波段高透过且对2100
‑
2500nm波段高反射的介质膜A；
[0022]折叠镜镀以对795nm和1800
‑
2100nm波段高透过且对2100
‑
2500nm全反射的介质膜B；
[0023]输出镜镀或以对795nm和1800
‑
2100nm高透过且对2100
‑
2500nm部分反射的介质膜C。
[0024]另一方面，本专利技术公开了一种用于实现突破荧光光谱对激光波长限制方法的激光器，所述激光器包括：沿光路方向依次排列的泵浦源、入射镜、激光增益介质、折叠镜、调谐元件和出射镜，所述泵浦源用于发射泵浦光，所述入射镜、折叠镜和出射镜组成激光谐振腔，所述激光谐振腔用于调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率；所述调谐元件以布儒斯特角设置于所述激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种突破荧光光谱对激光波长限制的方法，其特征在于，所述方法包括：激光增益介质在泵浦光的激发下将电子跃迁到高能级，通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，所述激光谐振腔包括沿光路方向依次设置的入射镜、折叠镜、调谐元件和出射镜，所述激光增益介质位于所述激光谐振腔内的入射镜和折叠镜之间，所述调谐元件以布儒斯特角设置于所述激光谐振腔中。2.根据权利要求1所述的突破荧光光谱对激光波长限制的方法，其特征在于，激光增益介质在泵浦光的激发下将电子跃迁到高能级，具体包括以下步骤：泵浦源提供的泵浦光，经过聚焦系统聚焦后注入到激光增益介质，将电子跃迁激发到高能级上。3.根据权利要求1所述突破荧光光谱对激光波长限制的方法，其特征在于，通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，具体包括：所述泵浦光波长为976nm时，所述激光增益介质包括镱离子掺杂浓度1at％
‑
30at％硼酸钙氧稀土盐晶体，激光增益介质的晶体表面抛光并镀以对1000nm
‑
1500nm波段高透过的介质膜；输入镜镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm高反射的介质膜A；折叠镜镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1500nm波段全反射的介质膜B；输出镜或镀以对900
‑
1100nm波段高透过且对1100
‑
1200nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对900
‑
1200nm波段高透过且对1200
‑
1300nm波段部分反射的介质膜C，或镀以对900
‑
1400nm波段高透过且对1400
‑
1500nm波段部分反射的介质膜C。4.根据权利要求1所述的突破荧光光谱对激光波长限制的方法，其特征在于，通过激光谐振腔镀膜调控抑制电子从高能级到低能级跃迁时辐射光的振荡，同时以激光谐振增强电子从高能级到多声子耦合时电子
‑
声子耦合能级上的跃迁几率，从而实现突破荧光光谱的发光和增强，并实现辐射光震荡，还包括：所述泵浦光波长为532nm时，所述激光增益介质包括掺杂浓度为0.1at％
‑
5at％的钛宝石晶体，激光增益介质的晶体表面抛光且入射光以布鲁斯特角入射到激光增益介质的晶体表面；输入镜镀以对500
‑
110...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩海，张怀金，陈延峰，梁飞，何程，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：