[发明专利]脉冲LD间歇抽运单掺铥激光器

说明书

技术领域

本发明属于固体激光技术领域，涉及一种脉冲LD间歇抽运激光器，尤其是涉及一种脉冲LD间歇抽运单掺铥2μm高重频调Q激光器。

背景技术

2μm固体激光器处于人眼安全波段，LD抽运的2μm波段高重频、高能量全固态相干激光光源在激光雷达、激光测距、激光医疗和诊断等领域已显示出越来越广泛的应用前景。首先，可为2μm相干多普勒测风激光雷达的研究提供支撑，以2μm固体激光器作为发射机的相干多普勒测风激光雷达(Coherent Doppler Lidar)是激光雷达研究的重点之一。利用2μm相干多普勒测风激光雷达可以为全球数值天气预报提供准确的风场数据，预防和抵御灾害性天气，顺利开展体育赛事，为机场上空提供精确的风场检测等。高重频、高能量2μm固体激光器可为相干多普勒测风激光雷达的发射机研究提供支撑。其次，可为2μm差分吸收激光雷达的应用提供技术支持，2μm差分吸收激光雷达(Differential Absorption Lidar)是激光雷达研究的另外一个重点。由于2μm激光光源覆盖了大气中水蒸气和CO₂的主要吸收峰，可以依此更加准确的洞察天气情况，更加深入的了解水蒸气的循环过程，更加精确的描述CO₂浓度对于全球变暖的影响。2μm差分吸收激光雷达可以实现局部环境内CO₂气体的浓度、气溶胶、水汽、臭氧、温度的实时监测，对分子探测的光谱技术不但可以应用到地球观测系统，还可以深入应用到其他星球中大气微量气体的检测当中。高重频、高能量2μm固体激光器可推进和加速差分吸收雷达的应用进程。再次，2μm激光器还可作为中、远红外激光器的抽运源，激光红外定向干扰是用于对抗下一代红外凝视焦平面探测器制导的红外导弹。定向干扰是将红外干扰能量集中到狭窄的光束中，当红外导弹逼近时将光束射向来袭导弹的红外导引头，采用各种干扰程序和“迷惑”调制使来袭导弹导引头工作混乱无法锁定目标而脱靶。3-5μm和8-12μm光参量振荡器可作为红外定向干扰用的相干光源。在现代高技术局部战争中，导弹红外寻的跟踪系统主要将对方飞机或导弹尾焰的热辐射作为搜索跟踪的目标，或对目标进行高清晰度成像，进而进行拦截或摧毁。高重频、高能量2μm固体激光器恰是产生3-5μm和8-12μm红外激光的基础。最后，2μm激光器可用于激光医疗上，新型连续波掺铥(Tm³⁺)激光器能连续输出，在作为手术刀时只产生很小的机械损伤，在切口处造成的生物组织损伤区域也很小。脉冲输出能量可调节，不需要通过反射镜系统而直接通过光纤输送到切开的表面。手术时手术部位可保持清晰视野，不会受到过多的气泡形成物、组织碎片、破裂组织、照射激光及有色激光防护眼镜的影响。在水介质中，Tm³⁺激光只对前端小于2mm范围内的组织进行作用；超过该距离范围的组织或器官将受到水介质屏蔽而得到保护。除了作为手术刀相对于其它激光器优势明显外，掺Tm³⁺激光器在其它医疗应用方面也展现了非常优越的应用前景。

由于单掺Tm³⁺晶体的上能级寿命较长，决定了激光器运转的最佳重复频率小于100Hz，难于实现高重频的2μm大能量调Q激光输出，使得单掺Tm³⁺激光器难以有效地运用在上面所提到的各项应用中。

发明内容

本发明的目的在于利用多个脉冲LD间歇抽运方式，谐振腔内采用两块或多块激光介质串接，每个脉冲LD对单个激光介质进行抽运，通过控制激光介质工作的时间间隔，使激光器调Q运转的重复频率是单个激光介质工作频率的两倍或多倍，以此提高激光器运转的重复频率，获得一种高重频、高能量2μm调Q激光器。

本发明的脉冲LD间歇抽运单掺铥激光器，利用多个脉冲LD间歇抽运方式，谐振腔内采用两块或多块键合单掺铥晶体，将其串联，每个脉冲LD对单块晶体进行抽运，通过控制激光介质工作的时间间隔及Q开关的工作时间，在每个激光介质工作结束前的0.1微秒内控制Q开关打开，从而使激光器调Q运转的重复频率达到单块晶体工作频率的两倍或多倍，获得高重复频率、大能量输出的单掺铥激光器。

所述的脉冲LD间歇抽运单掺铥2μm高重频激光器，其特征在于采用单端键合掺铥晶体，晶体长度范围3-180mm，掺杂浓度范围0.1％-8％。

所述的脉冲LD间歇抽运单掺铥2μm高重频激光器，其特征在于采用单端键合掺铥晶体，如图中a、b部分，Tm：YAG晶体尺寸为Ф3×(5mm+10mm)，其中5mm为晶体键合冒长度，10mm为晶体掺杂部分长度，掺杂浓度为3％。