[发明专利]光纤激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固体激光器，属于固体激光器技术领域。

背景技术

3μm-5μm波段的中红外激光因为对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，受气体分子吸收和悬浮物散射的影响小，因此在光谱测量、遥感、环保和军事上具有很高的应用价值。目前获得3-5μm激光输出最常用、最有效的手段是通过光学参量振荡器OPO以光学参量振荡方式对2μm波段的激光进行频率下转换。一台OPO可以在很宽的光谱范围内获得激光输出，而且从时间域上OPO可以连续输出或者脉冲输出。在众多的OPO晶体中，ZnGeP2晶体的非线性系数大，为75pm/V，并且热导率高，为0.18W/m·K，因此，ZnGeP2-OPO是实现3-5μm非线性光学频率转换的有效方法。受2μm泵浦激光器性能的限制，现有全固态3-5μmZnGeP2-OPO存在效率低、体积大、不便于携带及维护的缺点。

1.9μm波段激光泵浦的单掺杂钬Ho固体激光器是获得2μm波段激光的有效途径，Ho固体激光器具有上能级寿命长、发射截面大等一系列优点，利用声光调Q技术可以实现其高平均功率、高峰值功率、窄脉宽输出，是泵浦3-5μm光学参量振荡器的理想光源。1.9μm波段激光可以通过单掺铥Tm固体激光器和单掺铥Tm光纤激光器来获得。单掺铥Tm固体激光器由于受到严重的热管理问题困扰，导致其结构比较复杂，并且输出功率不是很高。单掺铥Tm光纤激光器因为采用了具有良好散热特性的光纤结构，所以装置比较简单，并且输出功率较高。

发明内容

本发明是为了解决现有通过光学参量振荡器OPO获得3-5μm激光输出的激光器存在的体积大、不易携带的问题，提供一种光纤激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固体激光器。

本发明光纤激光器泵浦的高功率3μm-5μm波段固体激光器，它包括两个1.9μm单掺铥Tm光纤激光器，它还包括单掺Ho激光器和3μm-5μm ZnGeP2光学参量振荡器，

单掺Ho激光器的特征输出波长为2.1μm，

单掺Ho激光器由第一耦合系统、第二耦合系统、平面输入镜、折叠镜、单掺Ho晶体、石英声光调Q晶体和平凹输出镜组成，

3μm-5μm ZnGeP2光学参量振荡器由第三耦合系统、第一平面镜、第二平面镜、ZnGeP2晶体和二色片组成，

一个1.9μm单掺铥Tm光纤激光器发射的激光束通过第一耦合系统耦合后，经由平面输入镜透射后入射至单掺Ho晶体；另一个1.9μm单掺铥Tm光纤激光器发射的激光束通过第二耦合系统耦合后，经由折叠镜透射后入射至单掺Ho晶体，单掺Ho晶体对其两侧入射的光纤激光束进行吸收后，产生2.1μm波长的激光，该2.1μm波长的激光通过折叠镜反射至石英声光调Q晶体，石英声光调Q晶体对输入的激光进行调制后，入射至平凹输出镜，通过平凹输出镜输出Ho激光；

该Ho激光经第三耦合系统耦合后变换成近平行光进入第一平面镜，由第一平面镜透射的激光由ZnGeP2晶体吸收并进行频率下转换后，依次经由第二平面镜和二色片透射后输出，获得3μm-5μm波段激光。

所述第一耦合系统和第二耦合系统的结构相同、且呈镜像对称设置，第一耦合系统由准直镜和聚集透镜组成，

一个1.9μm单掺铥Tm光纤激光器发射的光纤激光束经过准直镜变换成平行光束，该平行光束由聚集透镜耦合后，经由平面输入镜透射后入射至单掺Ho晶体。

第三耦合系统由正透镜和负透镜组成，

平凹输出镜输出的Ho激光经由正透镜和负透镜耦合后变换成近平行光进入第一平面镜。

折叠镜与第二耦合系统的光轴呈45°设置。

第一平面镜镀2μm高透膜和3μm-5μm高反膜。

第二平面镜镀2μm高透膜和3μm-5μm的部分透射膜，透过率为30-50％。

ZnGeP2晶体端面镀2μm和3-5μm的高增透膜，切割角度55°，采用第一类相位匹配方式。

二色片镀2μm高反膜和3μm-5μm高增透膜。

1.9μm单掺铥Tm光纤激光器由792nm的激光二极管、传导光纤、双包层光敏光纤、光纤光栅和单掺铥Tm石英光纤组成，

光纤光栅设置在双包层光敏光纤的传输路径上，

792nm的激光二极管发射的792nm的激光经传导光纤、双包层光敏光纤以及光纤光栅传输，再被单掺铥Tm石英光纤吸收后，产生1.9μm激光，作为1.9μm单掺铥Tm光纤激光器发射的激光束；