[发明专利]一种基于掺铒单晶光纤种子光源的放大中红外激光器

说明书

本发明公开了一种基于掺铒单晶光纤种子光源的放大中红外激光器，包括沿光路传输方向依次设置的泵浦源、耦合器、第一谐振腔镜M1、电光调Q晶体、起偏器、掺铒单晶光纤、第二谐振腔镜M2、光隔离器，以及掺铒激光晶体棒和LD侧面泵浦系统。本发明将单晶光纤、端面泵浦、侧面泵浦三者优势相结合，通过LD端面泵浦掺铒单晶光纤，同时采用电光调Q晶体，实现高稳定、高光束质量的2.7～3μm的纳秒级激光作为种子光源，再通过LD侧面泵浦掺铒激光晶体棒实现能量放大，实现高峰值功率、高光束质量和窄脉宽的2.7～3μm的中红外激光输出，提高了2.7～3μm的中红外激光的光束质量和输出功率，满足了医学、非线性光学、科研及国防安全等领域不断发展的应用需要。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是一种基于掺铒单晶光纤种子光源的放大中红外激光器。

背景技术

掺铒离子激光材料，其中⁴I_11/2→⁴I_13/2的能级跃迁，可产生波段为2.7～3μm的中红外激光，2.7～3μm波段与水的强吸收峰位置重叠，因此，水对2.7～3μm的中红外激光的吸收率特别高，2.7～3μm波段是精细外科手术理想的工作波段，这一性质使铒激光在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。

此外，用2.7～3μm的中红外激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3～5μm和8～20μm的中远红外光源，可用于光电对抗即光电干扰、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染监测以及反恐等领域。而且许多非线性光学晶体在2.7～3μm波段的吸收损耗较低，并且2.7～3μm相比于1μm和2μm，其与中远红外更接近，在通过光参量振荡产生8～20μm时具有更高的效率，因此2.7～3μm的中红外激光是中远红外光参量振荡激光较为理想的泵浦源。

在研究高浓度掺铒晶体的中红外激光的性能时发现，LD端面泵浦激光器由于泵浦光吸收不均匀，单位面积上能量密度过高导致较强的热效应，易造成晶体破裂，其激光输出功率的大小受到极大限制，但是由于光纤耦合的泵浦光束质量较高，因而其输出的2.7～3μm的中红外激光的光束质量较高，可获得接近基模的激光输出。LD侧面泵浦由于泵浦均匀，晶体元件尺寸可相对较大，能够较好地解决输出功率低的问题，但是其输出激光的光束质量不高。

近年来单晶光纤激光器取得了较大进展，与玻璃光纤相比，单晶光纤是将晶体材料制备成纤维状的单晶体，直径几微米至数百微米，单晶光纤激光器能够结合单晶和光纤增益的双重优点，具有较好的散热特性，从而可以获得相对较高的光束质量。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于掺铒单晶光纤种子光源的放大中红外激光器，提高了2.7～3μm的中红外激光的光束质量和输出功率，满足了医学、非线性光学、科研及国防安全等领域不断发展的应用需要。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种基于掺铒单晶光纤种子光源的放大中红外激光器，包括沿光路传输方向依次设置的振荡级和放大级；

所述振荡级包括：沿光路传输方向依次设置的泵浦源、耦合器、第一谐振腔镜M1、电光调Q晶体、起偏器、掺铒单晶光纤、第二谐振腔镜M2、光隔离器；所述泵浦源为970nmLD光纤耦合泵浦源；

所述振荡级中，第一谐振腔镜M1与第二谐振腔镜M2之间采用970nmLD光纤耦合泵浦源的端面泵浦掺铒单晶光纤，并通过电光调Q晶体产生高光束质量的窄脉宽激光，将所产生的该高光束质量的窄脉宽激光传输至放大级中；

所述放大级包括：掺铒激光晶体棒和LD侧面泵浦系统；所述LD侧面泵浦系统为970nmLD侧面泵浦系统；

所述放大级将振荡级所产生的高光束质量的窄脉宽激光作为种子光源，采用970nmLD侧面泵浦系统泵浦掺铒激光晶体棒，将种子光源放大后获得高功率、高光束质量的2.7～3μm纳秒级的窄脉宽中红外激光。