一种基于Nd:GGG晶体的被动调Q拉曼激光器的制作方法

一种基于nd:ggg晶体的被动调q拉曼激光器
技术领域
1.本发明属于固体激光器技术领域，具体涉及一种基于nd:ggg晶体的被动调q拉曼激光器。


背景技术：

2.固态激光器因其简单、转换效率高、可靠性和光束质量好而极具吸引力。特别是波长为1.06μm、峰值功率高、脉冲宽度短的脉冲激光器，在光通信、分光镜、医学应用等领域有着广泛的应用。
3.众所周知，激光材料在二极管泵浦系统中是极其重要的非掺杂晶体，如nd:yag、nd:yo4和nd:gdvo4被广泛用作激光晶体。掺钕钆镓石榴石(nd:ggg)，属立方晶系，是与nd:yag单晶同期发明的激光增益介质，其具有良好的机械强度，高的热导率及高的掺杂浓度，在固体热容激光(solid-state heat-capacity laser,sshcl)中具有广泛的应用。由于其生产成本比nd:yag单晶要高，使得nd:ggg在低功率的固体激光器中的使用不如nd:yag单晶广泛。但是与nd:yag单晶相比，nd:ggg具有生长周期短，无核心应力，更高更均匀的nd离子掺杂等优点。同时nd:ggg还具有良好的力学和化学稳定性，高的热导率，宽的吸收光谱范围等优点。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于nd:ggg晶体的被动调q拉曼激光器，解决了背景技术中提到的问题。
5.本发明提供了一种基于nd:ggg晶体的被动调q拉曼激光器包括泵浦光源、光学耦合系统、谐振腔、nd:ggg晶体和砷化镓可饱和吸收体，所述谐振腔由输入镜m1和输出镜m2组成；沿着泵浦光的输出方向，依次放置光学耦合系统、输入镜m1、nd:ggg晶体、砷化镓可饱和吸收体和输出镜m2；所述输入镜m1、nd:ggg晶体、砷化镓可饱和吸收体和输出镜m2的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光的传播方向；泵浦光源发射的泵浦光通过光学耦合系统后，进入到谐振腔的输入镜m1，再入射到nd:ggg晶体完成激光的增益过程，经过砷化镓可饱和吸收体的饱和吸收对多种模式的光进行整合，产生的光在谐振腔内振荡从而使能量放大，从输出镜m2输出1062nm的激光。
6.所述拉曼激光器在泵浦功率为9.8w时，最大连续光输出功率为5.1w，光转换效率和斜效率分别为52％和53％，阈值为0.9w，在被动调q状态下，本发明所述拉曼激光器的平均输出功率为0.93w，最短脉冲宽度和脉冲重复率分别为7ns和188khz。
7.所述泵浦光源采用810nm光纤耦合连续光输出的二极管激光器，芯径为400μm，数值孔径为0.22。
8.所述光学耦合系统的焦距为50mm、耦合效率为95％。
9.所述输入镜m1是一个曲率半径为曲率为50mm的凹面镜，输入镜m1的入光面镀有810nm防反射涂层，在凹面上涂1.06μm高反射和810nm高透射。
10.所述nd:ggg晶体掺杂浓度为1.0at.％，尺寸为4
×4×
6mm3，在两个端面均镀有810nm、1062nm的防反射涂层。
11.所述砷化镓晶体可饱和吸收体采用尺寸为5
×5×
0.5mm3，初始传输率为95％，且两侧均涂有1062nm的防反射涂层。
12.所述输出镜m2是一个平面镜，两侧镀有1.06μm的防反射涂层。
13.所述nd:ggg晶体需用铟箔包裹，并安装在通水的金属铜块中，水温恒定控制在20℃。
14.本发明与现有技术相比具备以下有益效果：
15.nd:ggg在全固态激光器中也有很好的应用，nd:ggg晶体可以生长到大尺寸，具有优越的光学和机械质量。还有其他优点，如优异的热传导率、低激光泵浦阈值等。
附图说明
16.图1为本发明所述的拉曼激光器的装置图。
17.图2为本发明所述的拉曼激光器未加入的砷化镓可饱和吸收体时的输出光谱图。
18.图3为本发明所述的拉曼激光器未加入的砷化镓可饱和吸收体时的平均输出功率与泵浦功率的关系图。
19.图4为本发明所述的拉曼激光器加入的砷化镓可饱和吸收体时的平均输出功率和泵送功率之间的关系图。
20.图5为本发明所述的拉曼激光器加入的砷化镓可饱和吸收体时的重复频率与泵浦功率的关系图。
21.图6为本发明所述的拉曼激光器加入的砷化镓可饱和吸收体时的脉冲宽度与泵浦功率的关系图。
22.图中：1、泵浦光源；2、光学耦合系统；3、输入镜m1；4、nd:ggg晶体；5、砷化镓可饱和吸收体；6、输出镜m2。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
24.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于nd:ggg晶体的被动调q拉曼激光器，包括泵浦光源(1)、光学耦合系统(2)、输入镜m1(3)、nd:ggg晶体(4)、砷化镓可饱和吸收体(5)和输出镜m2(6)组成；沿着泵浦光的输出方向，依次放置光学耦合系统(2)、输入镜m1(3)、nd:ggg晶体(4)、砷化镓可饱和吸收体(5)和输出镜m2(6)；所述输入镜m1(3)、nd:ggg晶体(4)、砷化镓可饱和吸收体(5)和输出镜m2(6)的通光面均相互平行放置，且垂直于泵浦光的传播方向。
25.泵浦光源(1)发射的泵浦光通过光学耦合系统(2)后，进入到谐振腔的输入镜m1(3)，再入射到nd:ggg晶体(4)完成激光的增益过程，经过砷化镓可饱和吸收体(5)的饱和吸收对多种模式的光进行整合，产生的光在谐振腔内振荡从而使能量放大，从输出镜m2(6)输出1062nm的激光。
26.输出激光的相关测试如下：
27.当腔内不加入砷化镓可饱和吸收体时，图2为所述拉曼激光器的输出光谱图，可以看出它的工作波长在1062nm。图3显示了平均输出功率与泵浦功率的关系，可以看出输出功率与泵送功率呈线性相关，当泵送功率为9.8w时，输出功率为5.1w，当输出镜m2的透射率为5.6％时，相应的光转换效率为52％，阈值功率为0.9w，坡度效率为53％。将砷化镓加入到连续波操作的腔中后，激光器开始以被动的量子切换模式工作。图4显示了平均输出功率和泵送功率之间的依赖关系，当泵浦功率逐渐变化时，可以得到相应的平均输出功率，将前者限制为9.8w时，它们之间的依赖关系还是线性的。最大平均输出功率为0.93w时，光转换效率为9.5％。本发明还得到了1.9w的阈值功率，使斜率效率为10％。在一小时内，平均输出功率0.93w的波动小于1.5％。当连续光模式的泵浦功率与被动调q操作相同时，其输出功率不同，可以明显发现被动调q操作的平均输出功率低于连续光状态，这是由于砷化镓晶体的插入丢失。图5描述了重复频率与泵浦功率的关系，可以看到脉冲重复频率(prf)随着泵浦功率的增长呈线性变化，随着泵浦功率从1.9w增加到9.8w，脉冲重复频率从35-188khz发生变化，由于吸收恢复时间短和低饱和能量强度，因而得到如此高的脉冲重复频率。脉冲宽度与泵浦功率的关系如图6所示，可以看出在泵浦功率较低时，脉冲宽度随着泵浦功率的增加而显著减小。然而，当泵功率增加时，不再如此显著，比以前慢得多。因为增益介质的种群反转密度在很短的时间内耗尽，脉冲宽度达到饱和。当泵浦功率为9.8w时，最小脉冲宽度为7ns，脉冲重复频率为188khz，输出镜m2的透射率为5.6％。
28.提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。