[发明专利]一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光领域中降低激光振荡阈值的实现方法，尤其涉及降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的实现方法。

背景技术

在准三能级或三能级系统中实现激光输出一般存在激光阈值高、效率低、输出功率低等特点。我们以Nd:YAG激光振荡中946nm的激光输出为例。它的谱线相应能级结构如图1所示，其中f为室温下低能级或高能级上的粒子数分别占所在的多重态上总粒子数的比例，由玻耳兹曼分布决定。Nd:YAG作为激活介质在室温下输出946nm波长激光较困难，这是由于946nm谱线属于准三能级系统之间的跃迁4F3/2一4I9/2，低能级存在再吸收的过程，这将导致受激发射截面下降，约为4×10-20cm-1，是1064nm波长的1/9，结果946nm谱线的阈值也大大提高。由于热效应，电子处于946nm波段跃迁的下能级的电子数布居较大，这对要实现粒子数反转增加了一定的难度。同时，由于1064nm波长的发射系数是946nm谱线发射系数的9倍，必须抑制1064nm谱线，给镀膜带来困难。基于以上几个方面的原因，获得946nm波长激光的室温运转是比较困难的。相同的情形，在其它三能级系统或准三能级系统中，是同样存在的。一种常用方法是降低激光增益介质的温度，以此来降低泵浦光阈值，由于超低温度需要致冷系统体积十分庞大，使用并不方便，并限制了这类激光器广泛应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种全新的方法来实现降低泵浦光阈值目的。

本发明采用如下方法实现：

用两组不同波长激光器作为泵浦源同时泵浦准三能级或三能级系统中的激光增益介质，利用第一泵浦源的第一波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质的基态粒子到激发态，再利用第二泵浦源的第二波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质产生的激光下能级，从下能级抽运粒子到其他能级以减少产生激光的下能级上的粒子数。

当然的，可以用一个双波长泵浦源的第一波长光代替第一泵浦源的第一波长光，其第二波长光代替第二泵浦源的第二波长光。

利用本方法的，第二波长光泵浦激光增益介质从产生激光的下能级抽运粒子到另一激光态时，若另一激光态亦存在产生激光的四能级或三能级的能级系统，则可产生双基波长输出。

利用本方法可以制作产生基波的激光器，亦可用于制作腔内倍频光输出的激光器。

因此，本发明区别于常规的通过降低激光增益介质的温度来降低泵浦光阈值，而是通过双波长的泵浦光来实现。所以解决了常规中的超低温度需要体积十分庞大的致冷系统，使用并不方便，限制了这类激光器广泛应用的技术难题。

附图说明

结合附图说明对本发明进一步说明。

图1Nd:YAG激光谱线相应能级结构示意图；

图2准三能级跃迁示意图；

图3三能级跃迁示意图。

具体实施方式

对于三能级或准三能级系统，增益介质中增益离子由于处于晶格环境，能级受到磁场影响会产生stark分裂，产生多重能态分部。如图2表示准三能级系统的原理示意图，其中，跃迁下能级和最低能级是有基态能级stark分裂所产生的两个能级。第一波长光λ1将粒子从基态能级泵浦到激发态1，粒子再快速无辐射跃迁到激发态2，再产生激光λ跃迁到跃迁下能级上，由于此能级和最低能级的能量非常接近，粒子在此能级上滞留的时间较长，不容易驰豫到最低能级上，从而，在此能级上都得粒子容易发生自吸收等现象，要实现此跃迁的粒子数反转困难，通常要产生λ波段跃迁激光阈值较高，效率低。

如图2所示，本方法的原理是，利用第二波长光λ2将粒子从跃迁下能级抽运到激发态3能级上(在图2中，激发态3能级和激发态2能级可以重合也可以不重合)，从而大大降低跃迁下能级上的粒子数，同时亦使激光态2能级下来粒子数不易堆积，从而使激光态2到跃迁下能级的粒子更易反转，从而降低总的激光振荡总阈值和提高激光转化效率。

如图3所示，是三能级系统，直接利用第一波长光λ1将粒子泵浦到激发态2能级上，粒子直接跃迁到跃迁下能级，发射λ波长荧光。这时，再利用第二波长光λ2的泵浦光将粒子从跃迁下能级抽运到激发态3能级上，以达到降低总的激光振荡总阈值和提高激光转化效率，这时激发态2和激发态3能级是不重合的。

本发明通过准三能级或三能级系统从基态和下能级用二个不同波长激光器同时泵浦，从而减少激光下能级粒子数，使整个激光器更易实现激光振荡，降低激光振荡阈值和提高泵浦光转化效率。