实现ld泵浦被动调q铒玻璃激光器宽温度范围自适应性的方法
【专利摘要】实现LD泵浦被动调Q铒玻璃激光器宽温度范围自适应性的方法，属固体激光【技术领域】。其采用特殊波段(非晶体吸收峰值)范围的LD二级管作为泵浦源，并在激光器封装时充入惰性气体，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。在910nm—950nm的波长范围，不需要泵浦波长与铒玻璃的吸收波长精确的匹配，当泵浦光波长随温度变化发生漂移时，铒玻璃的吸收不会有太大变化，增强激光器对温度变化自适应性。本发明在激光器封装时充入惰性气体，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。可采用氩气、氦气，可有效防止或降低激光器处于“外冷里热”状态时，光学器件表面结霜现象的产生，增强激光器对温度变化的自适应性，同时也增强激光器对高湿度的自适应性。
【专利说明】实现LD泵浦被动调Q铒玻璃激光器宽温度范围自适应性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LD泵浦铒玻璃被动调Q激光器在宽温度范围(-20°C -50°C )变化下能够正常工作的方法，属固体激光【技术领域】。
【背景技术】
[0002]以铒玻璃(Er:Yb:glaSS)为激活介质的激光器能发射出1.535nm附近的激光。该波段的光为人眼最安全波段的光，且穿透烟雾能力强和处于通信窗口。采用LD泵浦、被动调Q的铒玻璃激光器由于其结构简单、体积小、便于携带，在人眼安全激光测距/目标指示、军事和光纤通信中有着广泛的应用需求。
[0003]目前，大多测距工作都是在户外，甚至是条件较恶劣的野外，设备还要求好的机动性，可能没有控温的条件(比如坦克上和单兵装备上)，这就要求测距用激光器具有宽的温度范围适应性和耐湿性，随着环境温度、湿度变化，激光器的输出特性不会发生较大改变(如输出功率，脉宽等)，能够保证设备的正常工作。然而现在大多的测距激光器都需要有控温设备或器件，来保证运行的稳定性，这也是造成设备体积大，机动性不好的原因。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是实现LD泵浦铒玻璃被动调Q激光器宽温度范围(-20°C-5(TC)的自身适应性，在环境温度、湿度变化下能够正常运行，保证激光测距设备的户外(野外)作业中，在没有控温条件下正常工作。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为采用特殊波段(非晶体吸收峰值)范围的LD 二级管作为泵浦源，并在激光器封装时充入惰性气体，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。
[0006]采用的具体方案如下:
[0007]首先，铒玻璃(Er:Yb:glass)的吸收谱如图1所示，从图中可以看出铒玻璃(Er:Yb:glass)在900nm — 100nm波长范围内都有吸收，最大吸收波长在976nm附近(峰值)，而在910nm — 950nm波长范围内，虽然铒玻璃(Er:Yb:glass)的吸收只有976nm附近的1/3，但是这段范围内的吸收却相对平缓、均匀。本发明选取波长处于该范围内的LD 二级管作为泵浦源，由于不需要泵浦波长与铒玻璃(Er:Yb:glaSS)的吸收波长精确的匹配，当泵浦光波长随温度变化发生漂移时，铒玻璃(Er:Yb:glass)的吸收不会有太大变化，增强激光器对温度变化自适应性。目前，通常采用的LD激光二极管(端面发射)波长随温度的变化为0.4nm/°C。
[0008]其次，当激光器工作在“外冷里热”状态时，即外界环境温度较低(如<10°C )，内部光学器件工作发热，在这种条件下，光学元件的表面极易产生结霜现象，从而造成光学元件的损毁，最终导致激光器无法正常工作。本发明采用添加惰性气体的办法，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中，其特征在于，能够防止或降低激光器处于“外冷里热”状态时，光学器件表面结霜现象的产生，增强激光器对温度变化的自适应性，同时也增强激光器对高湿度的自适应性。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0010]1、本发明具有实质性的特点和进步，可实现LD泵浦铒玻璃被动调Q激光器宽温度范围(-20°C-50°C)的自适应性，在环境温度、湿度变化下，在没有控温条件下能够正常运行。
[0011]2、本发明采用特殊波段(非晶体吸收峰值)范围的LD 二级管作为泵浦源，并在激光器封装时充入惰性气体，使光学兀件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。
[0012]3、本发明采用910nm — 950nm的波长范围，不需要泵浦波长与铒玻璃(Er:Ybiglass)的吸收波长精确的匹配，当泵浦光波长随温度变化发生漂移时，铒玻璃(Er: Yb: glass)的吸收不会有太大变化，增强激光器对温度变化自适应性。
[0013]4、本发明在激光器封装时充入惰性气体，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。可采用氩气、氦气，可有效防止或降低激光器处于“外冷里热”状态时，光学器件表面结霜现象的产生，增强激光器对温度变化的自适应性，同时也增强激光器对高湿度的自适应性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是铒玻璃(Er:Yb:glass)的吸收谱。
[0015]图2是铒玻璃(Er: Yb: glass)激光器方案示意图。
[0016]图3是铒玻璃(Er: Yb: glass)激光器装置图。
[0017]图4是铒玻璃(Er: Yb: glass)激光器外观图。
[0018]图5是宽温度范围自适应性测试曲线图。
[0019]图中:1、LD泵浦源，2、聚焦镜，3、激光增益介质，4、被动调Q晶体，5、LD泵浦源底座，6、晶体支架，7、电极，8、外罩。
【具体实施方式】
[0020]如图2-4所示，铒玻璃(Er:Yb: glass)激光器包括LD泵浦源1、聚焦镜2、激光增益介质3、被动调Q晶体4、LD泵浦源底座5、晶体支架6、电极7、外罩8、惰性气体；其中，LD泵浦源I发出的激光束依次经过快聚焦镜2、激光增益介质3、被动调Q晶体4，最终射出；所述LD泵浦源底座5 —端与LD泵浦源I固定，另一端设置有电极7 ;所述激光增益介质3、被动调Q晶体4安装在晶体支架6上；LD泵浦源1、聚焦镜2、激光增益介质3、被动调Q晶体4共同组成激光器核心部件；所述外罩8安装固定在LD泵浦源底座5上，激光器核心部件均置于在外罩8的内部且形成密闭空间，所述惰性气体填充在密闭空间内，共同形成本发明所述的激光器。
[0021]所述外罩8与LD泵浦源底座5的安装方式为螺纹连接或者铆接配合。
[0022]激光增益介质3是Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃，采用块状结构，在靠近聚焦镜的一面镀泵浦光波长的增透膜和1535nm高反膜，另一面镀1535nm增透膜。
[0023]被动调Q晶体4是Co2+: spinel，在靠近激光增益介质的一面镀1535nm增透膜，另一面镀1535nm半透半反膜和泵浦光波长的全反膜。[0024]所述惰性气体可以为氩气或氦气等。
[0025]实施例
[0026]该装置中的LD泵浦源I采用940nm波段，充入的惰性气体采用氩气。室温下输出激光单脉冲能量130 μ J，脉宽5ns，重复频率10Hz，光束质量M2 = 1.3。激光器体积0 30mnpK30mm。
[0027]图5为宽温度范围自适应性测试曲线图，该激光器没有使用任何主动冷却装置或器件，从图中可以看到在_20°C -50°C的温度范围内，泵浦电流2.7A，激光输出单脉冲能量>100 μ j (10HZ)，激光器仍能够正常工作。当温度-20°C到_40°C时输出能量急剧下降，分析其原因是:目前工业用LD 二极管的正常工作的最低温度为_15°C，低于这个值，LD 二极管效率变低不能正常工作。随后将泵浦的电流增加，在3.2A(未达到泵浦极限)时，温度-30°C下，输出能量120 μ j，温度_40°C下，输出能量85 μ j，激光器并未有损坏，证明该激光器在_20°C到_40°C仍然具有实际应用价值，同时也证明了本发明方法的可行性。
【权利要求】
1.实现LD泵浦被动调Q铒玻璃激光器宽温度范围自适应性的方法，其特征在于:本方法采用特殊波段即910nm — 950nm波长范围非晶体吸收峰值范围的LD 二级管作为泵浦源，并在激光器封装时充入惰性气体，使光学元件处在一个充满惰性气体的密闭环境中。
2.依权利要求1所述的实现LD泵浦被动调Q铒玻璃激光器宽温度范围自适应性的方法，其被动调Q铒玻璃激光器的特征在于:该铒玻璃激光器包括LD泵浦源(I)、聚焦镜(2)、激光增益介质(3)、被动调Q晶体(4)、LD泵浦源底座(5)、晶体支架(6)、电极(7)、外罩(8)、惰性气体；其中，LD泵浦源(I)发出的激光束依次经过聚焦镜(2)、激光增益介质(3)、被动调Q晶体(4)，最终射出；所述LD泵浦源底座(5) —端与LD泵浦源(I)固定，另一端设置有电极(7);所述激光增益介质(3)、被动调Q晶体(4)安装在晶体支架(6)上；LD泵浦源(I)、聚焦镜(2)、激光增益介质(3)、被动调Q晶体(4)共同组成激光器核心部件；所述外罩(8)安装固定在LD泵浦源底座(5)上，激光器核心部件均置于在外罩(8)的内部且形成密闭空间，所述惰性气体填充在密闭空间内，共同形成本发明所述的激光器。
3.根据权利要求2所述的被动调Q铒玻璃激光器，其特征在于:所述外罩(8)与LD泵浦源底座(5)的安装方式为螺纹连接或者铆接配合。
4.根据权利要求2所述的被动调Q铒玻璃激光器，其特征在于:激光增益介质(3)是Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃，采用块状结构，在靠近聚焦镜的一面镀泵浦光波长的增透膜和1535nm高反膜，另一面镀1535nm增透膜。
5.根据权利要求2所述的被动调Q铒玻璃激光器，其特征在于:被动调Q晶体(4)是Co2+: spinel,在靠近激光增益介质的一面镀1535nm增透膜，另一面镀1535nm半透半反膜和泵浦光波长的全反膜。
6.根据权利要求2所述的被动调Q铒玻璃激光器，其特征在于:所述惰性气体可以为IS气或氦气。
【文档编号】H01S3/0941GK104037603SQ201410279774
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】李强, 惠勇凌, 郭猛, 姜梦华, 雷訇 申请人:北京工业大学