[发明专利]基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别涉及一种基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器。

背景技术

稳定、紧凑、窄线宽的1.645 µm短脉冲激光在空间光通信、差分吸收（IPDA）激光雷达、生物医学光子学等领域具有极大的应用价值，特别是在空间光通信和天基IPDA雷达领域,小型化激光器作为理想光源已成为目前的发展趋势，而获得稳定、紧凑、窄脉宽、窄线宽的1.645 µm激光则是当前亟待解决的关键问题。目前，该波段窄脉宽激光通常通过光参量方法获得，但是该方法获得的激光光源结构复杂而且受环境微扰的影响很大。2016年，Harris等利用腔倒空主动调制技术在Er:YAG板条激光器中获得了4.5 ns的激光输出（[1] L. Harris, M. Clark, P. Veitch, and K. Spariosu, “Compact cavity-dumped Q-switched Er:YAG laser,” Opt. Lett., vol. 41(18), pp.4309, 2016），但该方法获得的短脉冲激光光源同样也存在结构欠紧凑的问题，不利于其在空间光通信以及天基IPDA激光雷达中的应用。一种非常有吸引力的方法是利用掺Cr硫系晶体对Er:YAG激光进行被动调制来获得稳定、紧凑、短脉冲的1.645 µm激光。

典型的基于掺Cr硫系晶体调制的稳定、紧凑、短脉冲1.6 µm Er:YAG激光器装置（[2] R. D. Stultz, V. Leyva, and K. Spariosu, “Short pulse, high-repetition rate, passively Q-switched Er:yttrium-aluminum-garnet laser at 1.6 microns,” Appl. Phys. Lett., vol. 87(24), pp.1118, 2005）如图1所示。其中，A为1532 nm泵浦源激光器；B为准直透镜，C为聚焦透镜，它们一同作为泵浦激光的耦合注入系统；D为泵浦输入镜，对1532 nm泵浦光高透，对1.6 µm激光高反；E为Er:YAG晶体，作为激光增益介质；F为高浓度Cr²⁺:ZnSe晶体，起光调制作用；G为输出耦合镜，对1532 nm泵浦光高反，对1.6 µm激光部分反。该激光器稳定、紧凑，而且输出脉冲宽度小于10 ns。但是该短脉冲的激光的获得需调制器件有大的调制深度，即使用高浓度的Cr²⁺:ZnSe晶体，这就加大了插入损耗。而Er:YAG晶体的发射波长与激光腔损耗高度相关（低损耗下支持1.645 µm激光发射，高损耗下支持1.617 µm激光发射），该激光器工作波长为1.617 µm，不能满足在天基IPDA激光雷达中的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构紧凑、工作稳定的基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，包括泵浦源激光器、准直透镜、聚焦透镜、体布拉格光栅、激光增益介质、掺铬硫系晶体和输出耦合镜，所述泵浦源激光器、准直透镜、聚焦透镜、体布拉格光栅、激光增益介质、掺铬硫系晶体和输出耦合镜依次放置并位于同一直线上，泵浦源激光器输出的激光经准直透镜、聚焦透镜从体布拉格光栅注入到激光增益介质上，体布拉格光栅和输出耦合镜一同构成调Q激光器的光学谐振腔，产生的激光由输出耦合镜输出。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述泵浦源激光器为激光二极管或掺铒光纤激光器。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述泵浦源激光器输出的激光波长为1532 nm或1470 nm。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述激光增益介质为掺铒钇铝石榴石晶体或陶瓷。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述掺铒钇铝石榴石晶体掺杂浓度为1%，长度30 mm。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述掺铬硫系晶体呈布鲁斯特角放置。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述掺铬硫系晶体作为被动调制元件，为Cr²⁺:ZnSe或Cr²⁺:ZnS或Cr²⁺:ZnTe。

上述基于光谱控制的短脉冲被动调Q激光器，所述体布拉格光栅镀宽带增透膜，体布拉格光栅工作波长为1.645 μm，工作带宽小于0.1 nm。