[发明专利]一种基于准二能级激光辐射的自倍频全固态激光器

说明书

本发明涉及一种基于准二能级激光辐射的自倍频全固态激光器。该激光器包括泵浦源、聚焦系统、激光谐振腔、自倍频晶体。所述泵浦源发出的泵浦光，经过聚焦系统准直聚焦后，通过输入腔镜注入到所述自倍频晶体中，谐振腔设计实现自倍频晶体中准二能级辐射并实现基频激光，再利用自倍频晶体二阶非线性效应，实现激光自倍频激光发射。所述自倍频晶体为镱离子掺杂，所发射的激光自倍频激光波长在505‑520nm可调。本发明通过实现准二能级激光输出来降低量子亏损、优化激光与倍频两个过程的耦合效率，具有输出功率高、结构简单、成本低、温度及机械稳定性高、有利于产业化等特点。

技术领域

本发明涉及一种基于准二能级激光辐射的自倍频全固态激光器，属于激光技术领域。

背景技术

激光自倍频晶体是同时基于同时具有激光和倍频功能且可以通过激光与倍频功能有效复合在一块晶体中实现激光自倍频效果的功能晶体。所制备的激光器满足现今社会对光电功能晶体和器件的“功能化”、“复合化”、“材料器件一体化”的要求，受到了广泛关注，所制备的全固态激光器具有稳定、小型和低成本的特点，已在医疗、军事、娱乐、科研等各个领域获得了重要应用。自倍频激光器的效率决定了其应用范围和产业化前景，主要由晶体的激光效率、非线性光学频率变换的效率以及激光-倍频耦合效率决定。自1969年第一次激光自倍频报道以来，激光自倍频晶体和激光器发展迅速，其中部分钕离子掺杂的自倍频晶体和激光器获得了商品化应用，占据了部分小功率绿光市场，而如何提高自倍频激光器的效率并获得高功率输出一直是本领域的发展趋势。

从能量守恒的角度来说，激光自倍频过程中能量出口主要有激光过程、倍频过程以及量子亏损(即为泵浦光子能量与基频光子能量间的能量差)造成的产热过程三方面，因此在保持激光和倍频过程的基础上，降低量子亏损至关重要。相较于钕离子而言，对激光有贡献的镱离子能级结构简单，只有²F_5/2及²F_7/2两个能级，但该离子的能级结构易受所处晶格环境(主要是声子)的影响，在电子-声子耦合的作用下，镱离子能级可产生劈裂，在此基础上，利用所劈裂的三能级或准四能级所实现的激光辐射可以降低激光的阈值同时提高了本征的量子亏损，并且其重吸收及光子-声子耦合作用会改变该离子的光谱输出特性，导致激光输出波长，即基频光波长发生改变，进而影响自倍频的输出效率。综合分析镱离子能级结构，可以发现利用镱离子的准二能级系统(即为电子仅与一个低能量声子发生作用使²F_7/2能级发生最低能级劈裂所构成的能级与²F_5/2最低能级构成的能级系统)结构的跃迁并对其所产生的光子进行谐振产生激光，可能有效降低量子亏损及激光过程中的热效应，同时可能减少热效应对自倍频过程的影响，从而提高自倍频激光器的效率和功率及稳定性，而基于激光原理可知，由于电子的玻尔兹曼分布，其准二能级的下能级上占据的电子数较多，会引起较大的重吸收和激光阈值，因此对准二能级激光器的设计并在此基础上实现自倍频效应一直是激光领域的重要挑战之一。

发明内容

为了满足高功率、高效率自倍频全固态激光器的应用需求，针对现有技术的不足，本发明提供一种基于准二能级激光辐射的自倍频全固态激光器，特别是频率范围为505nm-520nm的镱离子掺杂的自倍频绿光激光器。

本发明要解决的技术问题是：降低激活离子镱离子的量子亏损、优化激光与倍频两个过程的耦合效率，在镱离子掺杂自倍频晶体中实现高功率、高效率的505-520nm绿光自倍频输出。

发明概述：