[发明专利]无增益竞争三波长激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种无增益竞争三波长激光器，以串联泵浦的形式实现准三能级激光、四能级激光及其一阶斯托克斯自拉曼激光同时稳定高效输出，属于激光技术领域。

背景技术

通过三波长激光非线性混频(倍频、和频、差频)能够获得某些特殊波段的波长。如480～520nm波段，该波段与氩离子激光器的发射波段相同；再如550～600nm，该波段在光谱分析、军事、天文观测、激光引导星等领域得到广泛应用；而通过差频产生的THz波段在生物体的无损探测、环境监测和通信等领域有着广泛的应用前景。

有关由一个激光器同时输出三个不同波长激光的已知技术是一项名为“三波长钕激光器腔内或腔外倍频的红绿蓝三基色激光器”中国发明专利申请所公开的方案。该方案涉及一种三波长激光器，基于同一钕激光晶体中钕离子⁴F_3/2-⁴F_13/2、⁴F_3/2-⁴F_11/2和⁴F_3/2-⁴F_9/2跃迁产生的1.3μm、1μm和0.9μm的三波长激光通过腔内或腔外倍频获得红蓝绿三基色激光。以腔内倍频为例说明该激光器的结构及工作过程，见图1所示。Nd:YAlO₃晶体1外套通冷却液的石英玻璃管2。采用侧面泵浦方式，LD泵浦3的驱动源及冷却控温装置4工作，泵浦光波长是803nm，激发Nd:YAlO₃晶体1同时产生1341.4nm、1079.5nm、930nm辐射，经过大色散率的色散棱镜5、6分束，在由全反射介质镜7、8、9分别与全反射双色镜10、11、12构成三个谐振腔内谐振。1341.4nm、1079.5nm、930nm谐振光分别由倍频非线性晶体16、17、18倍频得到各自的谐波670.7nm、539.7nm、465nm，再分别由声光调制器19、20、21调制成高重复率纳秒级短脉冲，分别从透反射双色镜13、14、15输出。

所述已知技术存在以下不足：其一，由于同一种掺钕激光晶体的不同跃迁谱线发射截面相差很大，例如，1.06μm(1079.5nm)和0.9μm(930nm)波长发射截面相差10～20倍，见下表，

在不同跃迁谱线之间存在非常强烈的增益竞争，因此，已知技术采用同一激光增益介质同时实现1341.4nm、1079.5nm和930nm三波长激光输出，很容易造成两种波长激光光强增强而另外一种波长激光光强减弱，即此涨彼消的后果，使得该三个波长的激光很难同时稳定振荡；其二，1341.4nm和1079.5nm均为四能级激光，在⁴F_5/2-⁴F_3/2无辐射跃迁过程中产生大量的废热而降低激光器的稳定性，另外，该方案泵浦方式为普通泵浦，也会产生较多的废热；其三，当采用803nm半导体激光泵浦时，泵浦光光子和激光光子之间存在较大的斯托克斯频移以及较低的斯托克斯效率。

发明内容

为了消除三波长激光器增益竞争、降低激光器废热量、减小斯托克斯频移、提高斯托克斯效率，进而获得三波长激光同时稳定高效的输出，我们发明了一种无增益竞争三波长激光器。

本发明之激光器由一个长谐振腔内含一个短谐振腔，二者共光路、共用一个输出耦合镜，泵浦位于长谐振腔全反镜外侧的光路上，聚光镜位于长谐振腔激光晶体与短谐振腔激光晶体之间及短谐振腔全反镜外侧的光路上，其特征在于，泵浦为885nm或者888nm半导体激光泵浦；长谐振腔激光晶体为非键合激光晶体，产生准三能级激光λ₁；短谐振腔激光晶体为键合自拉曼激光晶体，同时产生四能级激光λ₂及其自拉曼激光λ₃。