本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單泵浦或雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器。

背景技術(shù)：

目前，2μm波段激光是“人眼安全”激光，處于眾所周知的“分子指紋”光譜區(qū)域，在環(huán)境監(jiān)測、光通信、醫(yī)學(xué)、計(jì)量學(xué)、軍事等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用。

Tm,Ho:LuLiF₄晶體能夠產(chǎn)生1895nm和1950nm雙波長激光，其波段接近2μm激光，與其他晶體相比具有低閾值、低聲子等特點(diǎn)，特別適合作為2μm激光晶體。該雙波長激光器可以應(yīng)用到物質(zhì)檢測、激光測距、激光雷達(dá)、醫(yī)療、通訊等領(lǐng)域。利用非線性晶體對(duì)1895nm和1950nm雙波長激光進(jìn)行和頻，可以得到961nm的近紅外光。961nm激光屬于紅外波段，應(yīng)用前景廣闊，在激光加工方面，紅外激光用于材料微加工、用于監(jiān)測工業(yè)加工環(huán)境安全，紅外激光還可應(yīng)用于激光焊接，可以制造出超過原材料硬度的焊接縫。在醫(yī)療方面，該激光如果是長脈沖輸出(200ms脈寬時(shí))，它可以做到祛除毛發(fā)的功效；此激光如果是自由振蕩模式輸出時(shí)，它可以做眼科慢性淚道阻塞的治療；在治療皮膚科色等病時(shí)，多采用脈沖輸出，也可以說是調(diào)Q，每脈沖的能量可達(dá)1J，脈寬可控制在10納秒以內(nèi)，這種激光器還可用于眼睛里(內(nèi)眼)相關(guān)手術(shù)。在物質(zhì)檢測方面，961nm激光在近紅外光譜區(qū)，近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(O-H、N-H、C-H)振動(dòng)的和頻和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品對(duì)該激光的吸收程度，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息，而且利用該激光分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在激光測距方面，961nm處于人眼不可見光區(qū)，相對(duì)于1064nm激光，961nm被大氣吸收較少，因此具有良好的隱蔽性，且傳輸距離較 1064nm較長，可應(yīng)用于激光測距。對(duì)1895nm和1950nm雙波長激光進(jìn)行差頻可以得到75μm的遠(yuǎn)紅外光，即4THz的相干輻射。太赫茲由于具有波長長、單個(gè)光子能量低等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中有重要的應(yīng)用。太赫茲的頻率介于0.1THz-10THz之間，對(duì)應(yīng)波長介于3mm-30μm之間，位于電波到光波之間的過渡區(qū)域，這個(gè)波段的光波穿透性好，對(duì)被檢物質(zhì)沒有任何損傷，所以在光學(xué)成像、檢測和通訊中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。產(chǎn)生THZ波目前方法比較多，有電學(xué)方法和光學(xué)方法，但都比較復(fù)雜。光學(xué)方法中主要采用超短脈沖與物質(zhì)作用產(chǎn)生，系統(tǒng)光路復(fù)雜，成本很高。將兩個(gè)重復(fù)頻率相同的相近波長進(jìn)行差頻，是近年來發(fā)展產(chǎn)生太赫茲波的新方法，該方法成本低，光路簡單。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于單泵浦或雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器旨在低閾值、高效率、操作簡單、可實(shí)現(xiàn)雙波長1895nm和1950nm、單波長1895nm、單波長1950nm的三者切換紅外激光器，同時(shí)為太赫茲波產(chǎn)生提供一種簡單的方案。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于單泵浦的雙波長可調(diào)激光器，所述基于單泵浦的雙波長可調(diào)激光器包括：

泵浦源，用于產(chǎn)生波長為780nm的激光；

聚焦透鏡，用于對(duì)泵浦光780nm高透，將780nm泵浦光聚焦到晶體中；

第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡，用于對(duì)780nm高透，對(duì)1895nm和1950nm高反；

激光晶體，用于采用布儒斯特角進(jìn)行切割，對(duì)兩個(gè)通光端面進(jìn)行拋光；

平面反射鏡，用于對(duì)1895nm和1950nm高反；

輸出鏡，用于對(duì)1895nm和1950nm的光部分輸出，鍍有透過率為1.5％的介質(zhì)膜；

所述基于單泵浦的雙波長可調(diào)激光器的光路傳播為：先由泵浦源產(chǎn)生 780nm/2.1W的連續(xù)光，通過聚焦透鏡聚焦到氟化镥鋰晶體中，第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡，平面反射鏡和輸出鏡構(gòu)成X型四境腔，通過調(diào)節(jié)輸出鏡左右旋鈕實(shí)現(xiàn)雙波長1895nm和1950nm、單波長1895nm、單波長1950nm的三者切換。

進(jìn)一步，所述聚焦透鏡通過二維可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上；第一平凹折疊鏡通過二維可調(diào)鏡架固定在304不銹鋼立柱上。

進(jìn)一步，所述激光晶體用銦箔包裹后夾持在紫銅冷卻片內(nèi)，紫銅冷卻片連接恒溫水循環(huán)系統(tǒng)，放置在40mm*40mm的一維平移臺(tái)上；第二平凹折疊鏡通過二可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上；平面反射鏡和輸出鏡通過二維鏡架固定在304不銹鋼立柱上；

所述聚焦透鏡，焦距f＝120mm；

所述第一平凹折疊鏡和第二平凹折疊鏡，凹面曲率半徑f＝100mm。

進(jìn)一步，所述泵浦源是波長為780nm的摻鈦藍(lán)寶石激光器，泵浦功率最高為2.1W；聚焦透鏡的焦距為f＝120mm；第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡對(duì)1895nm和1950nm高反，反射率大于99.9％，凹面曲率半徑均為R＝100mm；平面反射鏡鍍有對(duì)1895nm和1950nm高反介質(zhì)膜，其反射率大于99.9％；輸出鏡對(duì)1895nm和1950nm鍍有透過率為1.5％的介質(zhì)膜；激光晶體介質(zhì)為布儒斯特角切割的銩鈥共摻氟化镥鋰晶體，其中銩離子摻雜濃度為5％，鈥離子摻雜濃度為0.5％。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于單泵浦的雙波長可調(diào)激光器的雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器，所述雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器安裝有用于對(duì)剩余的780nm泵浦光進(jìn)行二次反射進(jìn)入晶體的平凹反射鏡。

進(jìn)一步，所述平凹鏡鍍有對(duì)泵浦光780nm高透的介質(zhì)膜，透過率大于95％，同時(shí)對(duì)1895nm和1950nm高反，反射率大于99.9％；凹面曲率半徑R＝200mm。

進(jìn)一步，所述平凹鏡通過二位可調(diào)鏡架置放在二維平移臺(tái)上。本發(fā)明提供的基于單泵浦或雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器，可實(shí)現(xiàn)雙波長1895nm和1950nm、 單波長1895nm、單波長1950nm的切換，可也實(shí)現(xiàn)雙波長情況下1895nm和1950nm波長的功率分配。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述雙波長可調(diào)激光器的激光測距方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述雙波長可調(diào)激光器的材料微加工方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述雙波長可調(diào)激光器的眼科慢性淚道阻塞治療裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述雙波長可調(diào)激光器的有機(jī)分子含氫基團(tuán)特征信息掃描方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述雙波長可調(diào)激光器的激光測距方法。

本發(fā)明低閾值功率、轉(zhuǎn)換效率高、操作簡單，提供的雙波長激光器可以作為4THz相干輻射的產(chǎn)生源，應(yīng)用到物質(zhì)檢測、激光測距、激光雷達(dá)、醫(yī)療、通訊等許多領(lǐng)域。本發(fā)明利用非線性晶體對(duì)1895nm和1950nm雙波長激光進(jìn)行和頻，可以得到961nm的近紅外光，對(duì)1895nm和1950nm雙波長激光進(jìn)行差頻可以得到75μm的遠(yuǎn)紅外光，即4THz的相干輻射。具體方法如下：利用聚焦系統(tǒng)將雙波長激光照射到諧振腔外放置的合適的非線性材料上，通過腔外和頻產(chǎn)生961nm的近紅外光，或腔外差頻產(chǎn)生太赫茲輻射，或者將非線性材料直接放入激光諧振腔內(nèi)，通過腔內(nèi)和頻產(chǎn)生961nm的近紅外光，腔內(nèi)差頻產(chǎn)生太赫茲輻射，所述合適性的材料可以是周期性的鈮酸鋰，合適切向的KTP、LBO、BiBO、DAST、砷化鎵、磷化鎵等。第一平凹折疊鏡、第二平凹折疊鏡，平面反射鏡和輸出鏡構(gòu)成X型四境腔，該腔型的優(yōu)點(diǎn)是可以在晶體中實(shí)現(xiàn)很小的模斑，閾值低，易于實(shí)現(xiàn)克爾鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)進(jìn)過凹面反射鏡，可將剩余的泵浦光二次聚焦到激光晶體中，使出光閾值更低，效率更高。

如圖6所示，得出單泵1895nm和1950nm雙波長激光器的閾值功率為 147mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為24.56％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為493mW；單泵1950nm單波長激光器的閾值功率為112mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為31.67％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為625mW。單泵1895nm單波長激光器的閾值功率為190mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為18.86％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為359mW。如圖7所示，得出單泵1895nm和1950nm雙波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為57.51％，單泵1950nm單波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為74.22％，單泵1895nm單波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為43.93％。如圖9所示，得出雙泵1895nm和1950nm雙波長激光器的閾值功率為110mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為27.95％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為575mW；單泵1950nm單波長激光器的閾值功率為89mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為36.02％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為716mW。單泵1895nm單波長激光器的閾值功率為160mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為23.51％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為450mW。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于單泵浦或雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器光路原理示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光晶體對(duì)780nm波長泵浦光的吸收效率為42.65％，泵浦功率為2.1W時(shí)激光晶體吸收為功率為1W示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的單泵雙波長激光器光譜曲線示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的單泵1950nm單波長激光器光譜曲線示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的單泵1895nm單波長激光器光譜曲線示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的單泵浦下不同輸入泵浦功率對(duì)應(yīng)的輸出光平均功率示意圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的單泵浦下不同吸收泵浦功率對(duì)應(yīng)的輸出光平均功率示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的1895nm和1950nm雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器光路原理示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙泵浦下不同輸入泵浦功率對(duì)應(yīng)的輸出光平均功率示意圖。

圖1和圖8中：1、泵浦源；2、聚焦透鏡；3、第一平凹折疊鏡；4、激光晶體；5、第二平凹折疊鏡；6、平面高反鏡；7、輸出鏡；8、凹面反射鏡。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于單泵浦的雙波長可調(diào)激光器包括：一個(gè)泵浦源1、一個(gè)聚焦透鏡2、激光晶體4、第一平凹折疊鏡3、第二平凹折疊鏡5、一個(gè)平面高反鏡6和一個(gè)輸出鏡7采用X型激光諧振腔組合而成。

元件的具體參數(shù)如下：泵浦源1是波長為780nm的摻鈦藍(lán)寶石激光器，泵浦功率最高為2.1W；聚焦透鏡2的焦距為f＝120mm；第一平凹折疊鏡3、第二平凹折疊鏡5對(duì)泵浦光780nm高透，其透過率大于95％、對(duì)1895nm和1950nm高反，其反射率大于99.9％的介質(zhì)膜，凹面曲率半徑R＝100mm；激光晶體4是Tm,Ho:LuLiF₄晶體，采用布儒斯特角進(jìn)行切割，對(duì)兩個(gè)通光端面進(jìn)行拋光，銩(Tm)的參雜濃度為5％，鈥(Ho)的參雜濃度為0.5％，尺寸3*3*8mm；高反射鏡6鍍有對(duì)1895nm和1950nm高反，其反射率大于99.9％的介質(zhì)膜；輸出鏡7對(duì)1895nm和1950nm鍍有透過率為1.5％的介質(zhì)膜。

具體安裝要求如下：將聚焦透鏡2通過二維可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上，尺寸可隨便選取，量程±12.5mm。第一平凹折疊鏡3通過二維可調(diào)鏡架固定在304不銹鋼立柱上。激光晶體4用銦箔包裹后夾持在紫銅冷卻片內(nèi)，實(shí)驗(yàn)過程中 采用循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)紫銅晶體夾進(jìn)行冷卻，水溫維持在14℃左右，目的是為了避免損傷激光介質(zhì)。紫銅冷卻片放置在40mm*40mm的一維平移臺(tái)上，晶體拋光端面與入射泵浦光束夾角為布儒斯特角。第二平凹折疊鏡5通過二維可調(diào)鏡架置于一維平移臺(tái)上，尺寸可隨便選取，量程±12.5mm。高反射鏡6和輸出鏡7通過二維鏡架固定在304不銹鋼立柱上。

激光器調(diào)節(jié)如下：全部元件安裝在光學(xué)平臺(tái)上，整個(gè)激光振蕩光路距光學(xué)平臺(tái)的高度為90.5mm，激光振蕩腔的總長為898mm。腔型采用的是X型折疊腔結(jié)構(gòu)，其中聚焦透鏡2與激光晶體的中心距離為120mm左右，第一平凹折疊鏡3與激光晶體的中心距離為55mm左右，第一平凹折疊鏡3與第二平凹折疊鏡5的距離為110mm左右，高反鏡6距第二平凹折疊鏡5的距離為405mm左右，輸出鏡7與第一平凹折疊鏡3的距離為380mm左右，兩臂與泵浦光夾角的銳角在15度左右。通過調(diào)節(jié)各個(gè)光路元件，使其在腔內(nèi)形成激光振蕩從而輸出激光，進(jìn)而優(yōu)化光路使其功率最大，最后旋轉(zhuǎn)控制輸出鏡左右旋轉(zhuǎn)方向的旋鈕可以實(shí)現(xiàn)雙波長1895nm和1950nm、單波長1895nm、單波長1950nm的三者切換，可也實(shí)現(xiàn)雙波長情況下1895nm和1950nm波長的功率分配。

如圖8所示，在1895nm和1950nm單泵浦的雙波長可調(diào)激光器技術(shù)方案的基礎(chǔ)上加上平凹鏡8組成雙泵浦的雙波長可調(diào)激光器。

元件的具體參數(shù)如下：1895nm和1950nm單泵浦的雙波長可調(diào)激光器參數(shù)都不變，平凹鏡8鍍有對(duì)泵浦光780nm高反的介質(zhì)膜，反射率大于99.9％。

具體安裝要求如下：1895nm和1950nm單泵浦的雙波長可調(diào)激光器安裝都不變，平凹鏡8通過二位可調(diào)鏡架置放在二維平移臺(tái)上，行程±12.5mm，尺寸可隨便選取。

激光器調(diào)節(jié)如下：1895nm和1950nm單泵浦的雙波長可調(diào)激光器技術(shù)方案的最優(yōu)化光路基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)平凹鏡8使之經(jīng)過凹面反射的光的焦點(diǎn)入射到晶體另一拋光端面，光束與原有泵浦光束重合，通過調(diào)節(jié)二維鏡架的左右和俯仰，使之功率達(dá)到最高。最后旋轉(zhuǎn)控制輸出鏡左右旋轉(zhuǎn)方向的旋鈕可以實(shí)現(xiàn)雙波長 1895nm和1950nm、單波長1895nm、單波長1950nm的三者切換，可也實(shí)現(xiàn)雙波長情況下1895nm和1950nm波長的功率分配。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1：

本發(fā)明的實(shí)施例1如圖1所示，由泵浦源1、聚焦透鏡2、激光晶體4、第一平凹折疊鏡3、第二平凹折疊鏡5、平面高反鏡6和輸出鏡7采用X型激光諧振腔組合而成。其特征在于激光晶體4是Tm,Ho:LuLiF₄晶體，采用布儒斯特角進(jìn)行切割，對(duì)兩個(gè)通光端面進(jìn)行拋光；第一平凹折疊鏡3、第二平凹折疊鏡5鍍有對(duì)泵浦光780nm高透，對(duì)1895nm和1950nm高反的介質(zhì)膜；高反射鏡6鍍有對(duì)1895nm和1950nm高反的介質(zhì)膜；輸出鏡7對(duì)1895nm和1950nm鍍有部分透過的介質(zhì)膜。從而得到1895nm和1950nm的同時(shí)或單個(gè)輸出。

泵浦源1可以是波長為780nm的摻鈦藍(lán)寶石激光器，也可以是波長為780nm的半導(dǎo)體激光器或光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，泵浦方式為端面泵浦。

通過實(shí)施例1的調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)光路可以得出圖2、圖3、圖4的光譜曲線圖，通過改變泵浦功率大小改變不同波長功率的大小。如圖6所示，得出單泵1895nm和1950nm雙波長激光器的閾值功率為147mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為24.56％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為493mW；單泵1950nm單波長激光器的閾值功率為112mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為31.67％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為625mW。單泵1895nm單波長激光器的閾值功率為190mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為18.86％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為359mW。如圖7所示，得出單泵1895nm和1950nm雙波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為57.51％，單泵1950nm單波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為74.22％，單泵1895nm單波長激光器相對(duì)于吸收泵浦功率的斜效率為43.93％。

實(shí)施例2：

本發(fā)明的實(shí)施例2如圖8所示，由泵浦源1、聚焦透鏡2、激光晶體4、第一平凹折疊鏡3、第二平凹折疊鏡5、平面高反鏡6、輸出鏡7和平凹鏡8組合而成。只是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上加上平凹鏡8，實(shí)施例1中的組件參數(shù)不變，平 凹鏡8鍍有對(duì)泵浦光780nm高反，其反射率大于99.9％的介質(zhì)膜，凹面曲率半徑R＝200mm；

泵浦源1可以是波長為780nm的摻鈦藍(lán)寶石激光器，也可以是波長為780nm的半導(dǎo)體激光器或光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，泵浦方式為端面泵浦。

通過實(shí)施例1的調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)光路可以得出圖2、圖3、圖4的光譜曲線圖，結(jié)合實(shí)施例2可以提高激光晶體對(duì)780nm泵浦光的吸收效率，進(jìn)而降低出光閾值功率，更高的輸出光斜效率。通過改變泵浦功率大小改變不同波長功率的大小。如圖9所示，得出雙泵1895nm和1950nm雙波長激光器的閾值功率為110mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為27.95％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為575mW；單泵1950nm單波長激光器的閾值功率為89mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為36.02％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為716mW。單泵1895nm單波長激光器的閾值功率為160mW，相對(duì)于泵浦功率的斜效率為23.51％，2.1W對(duì)應(yīng)的輸出功率為450mW。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。