[发明专利]一种高效率产生2.3μm激光的装置及方法

说明书

本发明涉及一种高效率产生2.3μm激光的装置及方法，利用铥离子自身³F₄能级到³H₆能级产生的2μm激光受激辐射，加速³F₄能级粒子的转移，实现³H₄能级粒子数布局的有效调控，降低³F₄能级粒子数无效布局，减小与³F₄能级相关的能量损耗；由³F₄能级返回至³H₆能级时粒子可由泵浦过程反哺至³H₄能级，有效提高2.3μm激光跃迁的有效粒子数布局，同时，³H₄→³H₅产生的2.3μm激光与³F₄→³H₆产生的2μm激光，这两个跃迁过程对应的上下能级并不直接关联，因此可以减小竞争效应，实现双波长、多状态激光运转，可以增强激光产生过程的整体量子效率，降低激光介质中的热存积，改善热效应。

技术领域

本发明关于一种产生2.3μm激光的装置及方法，特别是有关于一种高效率产生2.3μm激光的装置及方法。

背景技术

2.3μm波段激光在环境科学、生物医疗、非线性激光变频等领域有独特且重要的应用前景。在环境和大气科学研究方面，2.3μm波段对应N₂O、CO、CH₄等有害气体的吸收峰，可以用作有害气体的检测。在生物医疗方面，2.3μm波段处于水的弱吸收区，对体液和软组织具有很强的穿透力，是理想的无创检测光源。同时，在非线性激光变频领域，2.3μm波段还可以作为OPO泵浦源。

目前常用的产生2.3μm激光方式是使用过渡金属离子Cr²⁺掺杂的II-IV族化合物材料(如Cr²⁺:ZnSe，Cr²⁺:ZnS)，但是该类激光器的发展一方面受限于晶体质量，难以产生高效率的2.3μm激光，另一方面缺少高性价比的1.5-2μm泵浦源，也使得该类激光器的成本较高。掺铥(Tm³⁺)的2.3μm激光可以使用目前成熟的商品化790nm半导体激光器(LD)直接泵浦，从而实现高性价比、LD抽运高效率2.3μm波段激光运转。并且掺Tm³⁺的2.3μm激光下能级远离基态，为四能级过程，不存在自终止效应的限制，无再吸收，且温度效应弱，可室温运转。另外，Tm³⁺离子在2.3μm波段的受激发射截面大，光谱特性优良。最后，掺Tm³⁺的2.3μm激光容易获得高质量激光材料。相对于Cr²⁺掺杂II-IV族硫化物激光介质，掺Tm³⁺激光材料制备工艺更加成熟可靠，基质种类更加丰富，为寻找光谱特性优良、热导率高、光学透过率高且物化性能稳定的掺Tm³⁺激光介质提供了更多可能。