[发明专利]一种拉曼激光内腔泵浦掺铥增益介质的蓝光固体激光器

说明书

本发明公开了一种拉曼激光内腔泵浦掺铥增益介质的蓝光固体激光器，1μm波段基频激光经过拉曼晶体产生拉曼增益，当拉曼增益大于基频光全反镜和蓝光输出镜构成的斯托克斯光谐振腔的损耗后，产生1.2波段μm斯托克斯光；1.2μm波段斯托克斯光经过掺铥激光晶体时，部分被晶体所吸收，经上转换将Tm离子激发至激光上能级¹G₄，产生蓝光波段的蓝光增益，当蓝光增益大于蓝光全反镜和蓝光输出镜构成的蓝光谐振腔损耗后，形成激光振荡，经蓝光输出镜输出。本发明利用固体拉曼介质的SRS效应产生1.1‑1.2μm波段斯托克斯光，并将掺Tm激光增益介质置于斯托克斯光谐振腔内，实现对掺Tm激光增益介质的高效泵浦，获得蓝光输出。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种拉曼激光内腔泵浦掺铥增益介质的蓝光固体激光器。

背景技术

波长450-500nm附近的蓝光波段激光在水下通讯、精密加工等领域具有广泛且重要的应用背景。铥(Tm)是少数在蓝光波段具有有效发射跃迁的稀土离子之一，其¹G₄→³H₆的跃迁位于蓝光波段内，例如：Tm:YAG晶体该跃迁的发射波长为～486nm。将Tm离子由基态直接泵浦到激光上能级¹G₄或更高能级需短波长的泵浦光，对应的泵浦源技术和成本以及吸收系数都难以满足实际工作需要，因此掺铥激光增益介质的蓝光辐射往往需通过上转换过程实现基态到激光上能级的泵浦。例如文献[1]中，研究人员采用了785nm和638nm的泵浦光同时泵浦Tm:YAG晶体，785nm泵浦对应³H₆→¹G₄跃迁，随后弛豫至³F₄能级，再被638nm的泵浦光泵浦达到¹G₄，以实现蓝光波段的¹G₄→³H₆跃迁。类似技术方案需要两路不同波长的激光泵浦源，系统复杂，中途涉及弛豫过程，量子亏损大，量子效率低。

另一种相对简便的上转换泵浦方式是利用1.05-1.2μm波段的泵浦光：Tm离子吸收该波段的泵浦光吸收3个泵浦光子，也即经过2次上转换跃迁，可到达激光上能级¹G₄。该方案的优势在于只需单一波长的泵浦光，波长1.05-1.1μm波段的泵浦光可以通过掺钕(Nd)或掺镱(Yb)激光器直接获得，而泵浦吸收相对更高的1.1-1.2μm泵浦光可由1.05-1.1μm波段激光通过受激拉曼散射(SRS)得到。上转换泵浦的主要缺陷在于泵浦速率(强度)，上转换泵浦的吸收系数很低，在光纤激光增益介质中，得益于较长的泵浦程长，仍可以实现较高的泵浦吸收和增益，目前基于1.05-1.2μm上转换泵浦方式的掺Tm ZBLAN光纤蓝光激光器已能实现较高的功率和转换效率^[2]，而采用固体激光增益介质的上转换蓝光激光器受泵浦吸收所限，性能难以保证。

因此，为了提高上转换蓝光激光器的性能，应考虑选择1.1-1.2μm波段泵浦光、以及增加泵浦光强度。

参考文献

[1]B.P.Scott et al.,Upconversion-pumped blue laser in Tm:YAG,Opt.Lett.18,113-115(1993).

[2]M.Mollaee et al.,Single-frequency blue laser fiber amplifier,Opt.Lett.43,423-426(2018)

发明内容

本发明提供了一种拉曼激光内腔泵浦掺铥增益介质的蓝光固体激光器，本发明利用固体拉曼介质的SRS效应产生1.1-1.2μm波段斯托克斯光，并将掺Tm激光增益介质置于斯托克斯光谐振腔内，实现对掺Tm激光增益介质的高效泵浦，获得蓝光输出，详见下文描述：