[发明专利]一种低阈值高效率皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF4激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，尤其涉及一种低阈值高效率皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF₄激光器。

背景技术

人眼安全的2μm波段皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF₄激光器，其中心波长为1895nm，位于水分子的强吸收波段1800-2000nm，具有非常大的应用潜力。可以用来做激光测距机、相干多普勒测风雷达、水蒸气抛面差分吸收激光雷达系统、激光眼科手术、激光微加工的理想光源。目前商业化的2μm波段锁模激光主要是采用被动锁模技术，用钛宝石激光器作泵浦源。激光器输出光束质量高，性能稳定，适合作为仪器，尤其是精密仪器的光源，但该类激光器整个系统由高功率连续绿光激光器、钛宝石激光器和光谐振腔三部分组成，成本昂贵，限制了应用。激光器的成本主要取决于泵浦源的功率，功率越高，成本越高，低功率抽运的激光器可极大地降低整体器件的成本。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的激光器成本昂贵，限制应用。在传统的X型四镜腔基础上，选择凹面曲率半径更小的第二折叠镜，从而降低了激光的出光阈值，提高了激光的斜效率和光-光转化效率，但是凹面曲率半径更小的第二折叠镜缩小了激光腔的稳区，增加了激光谐振腔的调节难度，使得很少有人去研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种低阈值高效率皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF₄激光器、激光测距机。

本发明是这样实现的，一种低阈值高效率皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF₄激光器，所述低阈值高效率皮秒锁模Tm,Ho:LiLuF₄激光器包括：

泵浦源，用于产生波长为780.5nm的抽运激光；

聚焦透镜，用于对抽运激光高透，抽运激光聚焦到晶体中；

Tm,Ho:LiLuF₄激光增益介质，用于将中心波长780.5nm的抽运激光改变为中心波长1895nm的激光；

低阈值激光谐振腔，用于实现低阈值激光运转；

半导体可饱和吸收镜，用于将输出连续光转变成锁模脉冲光；

三棱镜，用于给谐振腔提供色散补偿。

进一步，所述聚焦透镜通过二维可调镜架置于一维平移台上。

进一步，所述Tm,Ho:LiLuF₄激光增益介质用铟箔包裹后夹持在紫铜冷却片内，紫铜冷却片连接恒温水循环系统；

铥离子掺杂浓度为5％，钬离子掺杂浓度为0.5％，放置在40mm*40mm的一维平移台上；第二平凹折叠镜通过二可调镜架置于一维平移台上；平面反射镜和输出镜通过二维镜架固定在304不锈钢立柱上。

进一步，所述聚焦透镜，焦距f＝120mm。

进一步，所述低阈值谐振腔由第一平凹折叠镜、第二平凹折叠镜、第三平凹折叠镜和平面高反镜组成的X型四镜腔。传统的X型四镜腔第一和第二平凹折叠镜的曲率半径为100mm，在传统的X型四镜腔基础上，分别将第二平凹折叠镜的曲率半径减小到75mm和50mm，三种腔对应连续光的输出参数见表一，选用曲率半径为75mm的第二平凹折叠镜下得到最低出光阈值59mW，最高功率1.044W，最高斜效率和光-光转化效率分别为53.6％和30.09％，相对于传统四镜腔，出光阈值得到有效降低，且最高功率和转化效率均被提高，最终实现了低阈值和高效率的激光输出。理论上，采用更小曲率半径四镜腔，可以有效的减小泵浦光在晶体处的振荡光斑，在激光腔长度不变的情况下，模拟了晶体中振荡光斑大小，对于传统腔和设计的低阈值腔，晶体中光斑分别为35μm和19μm，相对于标准腔设计光斑面积减少了即3.39倍，这样腔内的激光强度增加了3.39倍，在同样的出光强度下，大大的降低了激光运转阈值。然而，曲率半径太小的折叠镜将加大四镜腔的折叠角，不利于实现激光振荡的最佳匹配，这也是采用曲率半径为50mm的第二平凹折叠镜下不能得到更低出光阈值，更高转化效率的原因。

第一平凹折叠镜、第二平凹折叠镜和第三平凹折叠镜凹面曲率半径分别为100mm、75mm和100mm，对770-1050nm波长泵浦光透过率大于95％，对1800nm-2075nm波段激光的反射率大于99.9％，通过二位可调镜架置放在二维平移台上；

平面高反镜对1800nm-2075nm波段激光的反射率大于99.9％。

进一步，所述三棱镜为CaF₂三棱镜，第一三棱镜和第二三棱镜的距离为35cm。