同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器

摘要

一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，采用了同带泵浦技术使得激光器结构紧凑、量子转换效率高、热效应影响小，采用低掺杂的Er:YAG晶体作为激光增益介质，可以减小能量上转换和自吸收副作用。采用了被动调Q方式，因此整个系统可以实现结构紧凑、高效率和高光束质量的全固态1617nm人眼安全波段的调Q脉冲激光输出。

说明书

技术领域

本发明属于人眼安全波段激光技术领域，特别是一种同带泵浦 Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器。

背景技术

由于1.6μm激光处在人眼安全波段，又处在大气透光窗口，特别 是在海洋上空具有更好的相对透过率，因此全固态的1.6μm激光器在 激光通信、激光测距和多普勒测风激光雷达等中有着重要的应用价值和 研究前景。

1.6μm激光可以通过OPO非线性方法或拉曼频移间接获得，但该类 方法效率低，结构复杂，最简便方法是利用LD直接泵浦掺Er³⁺增益介质 获得。由于掺Er³⁺激光介质通常受到严重的能量上转换效应及较大热效 应的限制，1.6μm全固态激光器进展缓慢。如今随着同带泵浦技术的 出现，基于1.5μm同带泵浦的Er:YAG激光器正成为获得1.6μm人眼 安全激光研究热点。在Er³⁺离子低掺杂时Er:YAG晶体可以发射1645nm 和1617nm两个主要激光波长，其中1617nm的反转粒子数阈值(16％) 高于1645nm的反转粒子数阈值(9％)，因此1617nm激光的获得远比 1645nm激光困难。但是大气中甲烷对1645nm的吸收约为0.1km^-1，而 对1617nm激光几乎不吸收，所以通过Er:YAG激光器获得1617nm的激 光输出已成为该领域研究热点和技术难点。

近年发展起来的石墨烯可饱和吸收体，具有调制范围宽、低饱和能量、 高损伤阈值、超快的吸收恢复时间、制备简单等优点，其在调Q、锁模 激光器中的应用逐渐成为研究热点。最近有研究人员采用掺Er³⁺1532nm 光纤激光器作为同带泵浦源，实现了1645nm石墨烯被动调Q脉冲激光 输出。然而该类泵浦方案相对复杂，作为泵浦源的掺Er³⁺光纤激光器本 身需要980nm LD作为泵浦源，这一复杂结构增加了整个系统体积，同 时系统的总效率也受到第一级980nm LD泵浦掺Er³⁺光纤激光器效率的 限制。如今，InGaAsP/InP的1.5μm LD已经实现商业化，基于1.5μm LD同带泵浦的Er:YAG激光器也不断发展起来。该泵浦结构相对简单， 只需要一级泵浦就可以得到1.6μm的人眼安全激光输出。同时量子效 率(系统总量子效率)可达90％左右。目前基于1.5μm LD同带泵浦源技 术，采用石墨烯作为可饱和吸收实现1617nm人眼安全被动调Q脉冲激 光输出还没有相关研究报道，所以采用1.5μm LD同带泵浦源，利用石 墨烯可饱和吸收体获得1617nm脉冲激光输出具有重要的应用前景和研 究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q 激光器，利用窄线宽的1.5mm LD同带泵浦Er:YAG激光晶体，其量子效 率高，而且能很好的解决热效应带来的负作用，采用石墨烯可饱和吸收 镜作为被动调Q器件，从而获得结构紧凑、高效率和高光束质量的1617 nm人眼安全波段的脉冲激光器。

本发明的技术解决方案如下：

一种同带泵浦Er:YAG晶体的1617nm被动调Q激光器，其特点在于 其构成包括带尾纤输出的1.5mm窄线宽激光二极管,沿带尾纤输出的 1.5mm窄线宽激光二极管激光输出方向依次是聚焦耦合系统，Er:YAG 激光器的45°折叠前腔镜，低掺杂Er:YAG晶体棒，石墨烯可饱和吸收镜 的后腔镜，在Er:YAG激光器的输出腔镜和Er:YAG激光器的45°折叠前 腔镜之间插入起偏器和标准具，带尾纤输出的1.5mm窄线宽激光二极管 作为同带泵浦源，经过聚焦耦合系统聚焦到低掺杂Er:YAG晶体棒中, 1617nm激光在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜和Er:YAG激光器的后腔 镜之间形成的激光腔中振荡产生脉冲激光。

所述的石墨烯可饱和吸收镜是采用旋转涂抹法将石墨烯转移到Cu、 Ag制成的反射式可饱和吸收镜。

所述的Er:YAG激光器的45°折叠前腔镜为平面镜，镀有1.5mm高 透膜，1.6mm波段S偏振光高反膜。

所述的Er:YAG激光器的耦合输出腔镜为具有一定曲率半径的凹面 镜，镀有1.6mm波段部分增透膜。

在Er:YAG激光器的耦合输出腔镜和Er:YAG激光器的石墨烯可饱和 吸收镜之间形成的激光腔中振荡产生1617nm脉冲激光。另外由于腔内 插入了起偏器和标准具，这样通过石墨烯可饱和吸收镜被动调Q器件， 可以得到偏振的窄线宽的1617nm人眼安全波段的脉冲激光输出。

本发明具有以下优点：

1.本发明采用1.5mm LD同带泵浦Er:YAG激光晶体，通过模式选 择得到1617nm激光输出，大大提高了系统的量子效率。实现 了系统的全固态，而且通过选模获得了在大气中更有利于传输 的1617nm脉冲激光。

2.本发明采用低掺杂的Er:YAG激光晶体作为增益介质，能够进一 步抑制能量上转换和自吸收带来的损耗，同时也减小了由以上 损耗带来的热效率，整个系统能够得到高效高光束质量的1617 nm激光输出。

3.本发明采用石墨烯可饱和吸收镜作为被动调Q器件，使整个系 统的结构更加简单紧凑，而且石墨烯转移到Cu、Ag等有益于散 热的金属上，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明1.5mm半导体激光器同带泵浦Er:YAG晶体全固态1617 nm被动调Q激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本 发明的保护范围。如图1所示，图1是本发明1.5mm半导体激光器同带 泵浦Er:YAG晶体全固态1617nm被动调Q激光器的结构示意图。实施例 如下：

带尾纤输出的1.5mm窄线宽LD101的纤芯直径为200mm，数值孔径为 0.22，线宽大约在1nm。聚焦耦合系统102由两个凸透镜组成，它们的 焦距比为1:4。Er:YAG激光晶体104的掺杂浓度原子数比为0.25％，尺 寸选用直径Φ＝4mm，长度为40mm的圆棒结构，分别用银箔包裹放在 冷却热沉中，温度控制在18摄氏度。Er:YAG激光器的45°折叠的前腔镜 103镀有1.5mm的高透膜T>95％，1.6到1.7mm的S偏振光高反膜。 Er:YAG激光器腔的耦合输出腔镜108为曲率半径R＝500mm的凹面镜， 镀有1617nm波段的部分过膜T＝20％。腔内插入的标准具107为未镀膜 且厚度为1mm的石英平片。起偏器106在腔内以布儒斯特角放置，对P 方向偏振光高透。石墨烯可饱和吸收镜105作为被动调Q器件，同时也 为Er:YAG激光器的后腔镜。该系统采用端面同带泵浦方式，基于低掺杂 的Er:YAG激光晶体棒104，能有效抑制能量上转换和自吸收损耗，利用 石墨烯可饱和吸收镜105，得到了偏振的窄线宽的人眼安全波段的1617 nm脉冲激光输出。