[发明专利]一种优化准三能级固体激光器转换效率的方法

说明书

本发明公开了一种优化准三能级固体激光器转换效率的方法，激光二极管泵浦源发出增益介质内吸收带内的泵浦光，泵浦光通过传能光纤和耦合透镜组聚焦于增益介质内部，增益介质吸收泵浦光，形成粒子数反转，在激光全反镜和激光输出镜构成的激光谐振腔正反馈作用下形成准三能级激光振荡，经激光输出镜输出。激光增益介质的光束传播方向为x方向，横截面两方向分别为y和z；激光增益介质的掺杂部分在xy平面内的投影为楔形，在y方向上移动激光增益介质，即能使得x方向上光路所经过掺杂部分的长度发生改变，从而优化浓度长度积，实现最优转换效率。经过理论计算结果，本发明很大程度地提高了现有的准三能级固体激光器的转换效率。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种优化准三能级固体激光器转换效率的方法。

背景技术

准三能级激光系统(激光下能级为基态的斯塔克能级，如掺钇(Nd)激光增益介质⁴F_3/2→⁴I_9/2跃迁产生的0.9μm辐射和掺镱(Yb)激光增益介质²F_5/2→²F_7/2的1μm辐射等)是固体激光器的常见运转机制，具有非常广泛而重要的应用。

由于准三能级激光系统的下能级为基态的斯塔克能级，粒子分布较多，会对腔内振荡的激光产生较大的重吸收损耗，往往需选择较低的掺杂浓度和晶体长度，而低掺杂浓度和短晶体长度带来的直接影响便是晶体对泵浦光吸收较差，影响激光器的光光转换效率。激光晶体掺杂浓度与长度的乘积(浓度长度积)决定了晶体对泵浦光的吸收(即增益)以及对激光的重吸收损耗，因而准三能级激光器对于晶体的浓度长度积比较敏感。对于准三能级激光器而言，存在一个最优的浓度长度积，使得激光器在特定泵浦功率下有最高的光光效率。当晶体的掺杂浓度固定时，上述问题即变成晶体最优长度的选择。由速率方程可知准三能级激光器中晶体的最优长度是泵浦功率的增函数，泵浦功率越高，晶体增加单位长度所对应的泵浦吸收和相应激光增益的提升也就越高，而单位长度对应的重吸收损耗是固定的，当晶体长度的增加对泵浦吸收和增益的正作用与所增加的重吸收损耗的负作用相等时，达到平衡，即最优的晶体长度。

实际工作中，由于激光晶体批次不同或晶体切割于毛坯不同位置等原因，可能导致晶体的实际掺杂浓度与标称值有所不同，实际的浓度长度积偏离设计的最优值，需要进行修正以实现最佳转换效率，而且激光器本身也往往需要在不同功率下工作。因此，对准三能级激光器晶体的浓度长度积进行调节，从而优化激光器转换效率，具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种优化准三能级固体激光器转换效率的方法，本发明解决了现有准三能级激光器的转换效率对晶体浓度长度积敏感的问题，实现了激光器效率的优化，详见下文描述：

一种优化准三能级固体激光器转换效率的方法，所述准三能级固体激光器：激光二极管泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、激光全反镜、激光增益介质和激光输出镜；

其中，所述激光全反镜镀泵浦光增透、激光高反膜，激光增益介质镀泵浦光和激光增透膜，激光输出镜镀激光波长部分透过膜；

所述激光二极管泵浦源发出所述增益介质内吸收带内的泵浦光，所述泵浦光通过所述传能光纤和所述耦合透镜组聚焦于所述增益介质内部，所述增益介质吸收所述泵浦光，形成粒子数反转，在所述激光全反镜和所述激光输出镜构成的激光谐振腔正反馈作用下形成准三能级激光振荡，经所述激光输出镜输出；

所述激光增益介质的光束传播方向为x方向，横截面两方向分别为y和z；激光增益介质的掺杂部分在xy平面内的投影为楔形，在y方向上移动激光增益介质，即能使得x方向上光路所经过掺杂部分的长度发生改变，从而优化浓度长度积，实现最优转换效率。

所述激光增益介质仅包括：某一掺杂浓度的晶体，该晶体整体为楔形，后端面采用布儒斯特角切割。