一种基于YIG磁光晶体的中红外调Q激光器的制作方法

一种基于yig磁光晶体的中红外调q激光器
技术领域
1.本发明涉及一种基于yig磁光晶体的中红外调q激光器，属于光学仪器技术领域。


背景技术：

2.er
3
、pr
3
离子激活能够实现2.7-3.0μm波段的中红外激光，这些波段均位于水分子的特征吸收波段，因此在激光手术、激光美容、激光雷达与红外激光对抗方面有着诱人的应用前景，但许多应用需要高峰值功率的调q脉冲激光输出，因此这些波段的调q激光器成为激光技术发展的主要方向。
3.主动调q技术能够自主的控制调q激光的脉冲重复频率，因此在许多应用方面中主动调q成为了不可或缺的调q模式。目前上述波段一般采用的主动调q技术都是采用电光或者声光作为调q元件，采用较高的电压加以控制激光谐振腔的损耗，进而实现调q激光输出。其中，电光调q需要在谐振腔内置入一个电光调q晶体，目前能应用于2.7-3.0μm波段的电光调q晶体种类稀少。同时需要几千伏的半波电压，因此导致体积庞大，装置复杂。而采用声光调q虽然电压较低，但是其调制深度不够，仅能应用于一些平均输出功率较低的激光器，同时无论是采用声光调q晶体还是电光调q晶体，均需要较大的晶体尺寸，这增加了激光谐振腔的长度与损耗，提高了激光器的成本，降低了激光器稳固性、便利性与便携性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于yig磁光晶体的中红外调q激光器，该中红外调q激光器具有成本低、结构紧凑，稳定性好、便于携带及脉冲宽度和重复频率稳定、可控的优点。
5.本发明提供了一种基于yig磁光晶体的中红外调q激光器，包括泵浦源、激光谐振腔、激光增益介质、光学偏振元件、yig磁光晶体和磁场发生器；
6.所述泵浦源用于产生激光束；
7.所述激光增益介质、所述光学偏振元件及所述yig磁光晶体沿所述激光束传输方向依次设置在所述激光谐振腔内；
8.所述磁场发生器设置在所述yig磁光晶体的光路外围，用于产生磁场；所述磁场发生器与所述yig磁光晶体共同构成磁光隔离器；
9.所述激光束用于对所述激光增益介质进行泵浦；
10.所述光学偏振元件用于限制腔内谐振的激光为线偏振激光；
11.所述磁场发生器还用于调控磁场强度，使得所述yig磁光晶体产生法拉第磁光效应；
12.所述yig磁光晶体还用于将单程通过该晶体的所述线偏振激光偏转45
°
。
13.可选的，通过控制施加于所述yig磁光晶体的磁场强度或所述yig磁光晶体的厚度，使得通过该晶体的单程所述线偏振激光偏转45
°
。
14.可选的，所述激光增益介质为er
3
或pr
3
离子激活的激光晶体。
15.可选的，所述中红外调q激光器还包括输入镜及输出镜；
16.所述输入镜位于所述激光增益介质远离所述yig磁光晶体一侧；
17.所述输出镜位于所述yig磁光晶体远离所述激光增益介质一侧，用于出射激光束。
18.可选的，所述泵浦源设置在所述输入镜远离所述输出镜一侧；
19.所述中红外调q激光器还包括光束耦合模块，所述光束耦合模块设置在所述泵浦源与所述输入镜之间，用于对所述激光束进行聚焦耦合。
20.可选的，所述泵浦源设置在所述输入镜与所述光学偏振元件之间，所述激光增益介质、光学偏振元件及所述yig磁光晶体的设置方向定义为第一方向，所述泵浦源绕所述第一方向设置在所述激光增益介质的外围；
21.所述输入镜为全反镜，用于将所述泵浦源发射的激光束全反射，且反射后的激光束与所述第一方向平行。
22.可选的，所述泵浦源为多个，所述泵浦源均匀分布在所述增益介质的外围。
23.可选的，所述泵浦源为输出波长为～976nm或其他波长的半导体泵浦激光器，所述半导体泵浦激光器用于泵浦er
3
激活与pr
3
离子激活的激光晶体。
24.本发明能产生的有益效果包括：
25.本发明的中红外调q激光器能产生2.7～3.0μm中红外波段的短脉冲高功率的铒激光或镨激光；采用yig磁光晶体为调q元件，解决了目前该波段激光缺少稳定的调q元件的问题；且还具有成本低、结构紧凑，稳定性好、便于携带及脉冲宽度和重复频率稳定、可控的优点。
26.本发明的中红外调q激光器，通过磁场发生器控制通过yig磁光晶体的激光束的偏振方向的旋转，并结合光学偏振元件控制激光谐振腔的开关状态。
27.本发明的中红外调q激光器，结构简单，便于各元件相互配合，延长了整体装置的使用寿命，不需要经常维护。
附图说明
28.图1为本发明实施例1提供的中红外调q激光器的结构示意图；
29.图2为本发明实施例2提供的中红外调q激光器的结构示意图。
30.部件和附图标记列表：
31.101、泵浦源；201、输入镜；202、输出镜；301、激光增益介质；302、yig磁光晶体；303、光学偏振元件；401、光束耦合模块；402、磁场发生器。
具体实施方式
32.下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
33.实施例1
34.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于yig磁光晶体的中红外调q激光器，包括泵浦源101、激光谐振腔、激光增益介质301、光学偏振元件303、yig磁光晶体302和磁场发生器402。
35.泵浦源101为输出波长为976nm的半导体泵浦激光器，泵浦源101用于产生激光束。
36.激光增益介质301、光学偏振元件303及yig磁光晶体302沿激光束传输方向依次设置在激光谐振腔内。
37.磁场发生器402设置在yig磁光晶体302的光路外围，用于产生磁场；磁场发生器402与yig磁光晶体302共同构成磁光隔离器。本实施例中，磁场发生器402为电控磁场发生器402。
38.激光束用于对激光增益介质301进行泵浦。激光增益介质301为er
3
或pr
3
离子激活的激光晶体。
39.光学偏振元件303用于限制腔内谐振的激光为线偏振激光。
40.磁场发生器402还用于调控磁场强度，以达到yig磁光晶体302的饱和磁场，使得yig磁光晶体302产生法拉第磁光效应。
41.yig磁光晶体302还用于将通过该晶体的线偏振激光偏转45
°
；具体为，通过控制施加于yig磁光晶体302的磁场强度或yig磁光晶体302的厚度，使得通过该晶体的单程线偏振激光偏转45
°
。
42.中红外调q激光器还包括输入镜201及输出镜202；
43.输入镜201位于激光增益介质301远离yig磁光晶体302一侧；
44.输出镜202位于yig磁光晶体302远离激光增益介质301一侧，用于出射激光束。
45.泵浦源101设置在输入镜201远离输出镜202一侧；
46.中红外调q激光器还包括光束耦合模块401，光束耦合模块401设置在泵浦源101与输入镜201之间，用于对激光束进行聚焦耦合。
47.本发明实施例1的中红外调q激光器在使用时，半导体泵浦激光器端面抽运er
3
或pr
3
离子激活的激光晶体，在激光谐振腔内实现2.7～3.0μm激光震荡，由于光学偏振元件303的存在，仅允许线偏振激光实现震荡。
48.yig磁光晶体302与磁场发生器402共同构成磁光隔离器。当调控磁场发生器402产生的磁场强度达到yig磁光晶体302的饱和磁场后，yig磁光晶体302产生法拉第磁光效应，通过设计yig磁光晶体302的厚度使得激光谐振腔内的单程线性偏振光通过yig磁光晶体302后偏转45
°
，并在输出镜202处反射后再次通过yig磁光晶体302，由于法拉第磁光效应的非互易性，该线性偏振光将再次偏转45
°
，也就是说，线性偏振光相对于光学偏振元件303的通过方向旋转了90
°
，导致该线性偏振光无法再穿过光学偏振元件303，使得激光谐振腔的激光震荡处于闭合或高损状态，激光器无法实现中红外激光输出；当调控磁场发生器402不产生磁场时，yig磁光晶体302不产生法拉第磁光效应，激光谐振腔的激光震荡处于开启或低损的状态，激光器可以实现中红外激光的输出。
49.本发明的中红外调q激光器通过控制磁场发生器402间歇的产生磁场，使得激光谐振腔间歇的处于高q值与低q值的状态。当激光谐振腔处于高q值状态时，2.7～3.0μm的激光束在激光谐振腔内产生受激放大，消耗大量的上能级粒子数，实现激光输出；当激光谐振腔处于低q值状态时，由于光学偏振元件303与yig磁光晶体302的共同作用，使得激光束只能单向通过，无法形成激光震荡，而激光增益介质301能够吸收大量的泵浦光能量，使得激光上能级的粒子数获得激增，有利于下次高峰值功率的激光输出。
50.本发明的中红外调q激光器，结构简单，便于各元件相互配合，延长了整体装置的使用寿命，不需要经常维护。
51.实施例2
52.如图2所示，本发明实施例2与实施例1的不同之处在于：中红外调q激光器还包括
输入镜201及输出镜202，泵浦源101设置在输入镜201与光学偏振元件303之间，激光增益介质301、光学偏振元件303及yig磁光晶体302的设置方向定义为第一方向，泵浦源101绕第一方向设置在激光增益介质301的外围。
53.输入镜201为全反镜，用于将泵浦源101发射的激光束全反射，且反射后的激光束与第一方向平行。
54.泵浦源101为多个，泵浦源101均匀分布在增益介质的外围，泵浦源101为输出波长为976nm的半导体泵浦激光器。
55.激光增益介质301为er
3
或pr
3
离子激活的激光晶体。
56.本发明实施例2的中红外调q激光器在使用时，泵浦源101从激光增益介质301侧面抽运er或者pr激活的激光晶体，在激光谐振腔内实现2.7～3.0μm激光震荡，由于光学偏振元件303的存在，仅允许单程的线偏振激光实现震荡。
57.以上，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。