[发明专利]一种基于GSA和ESA双波长泵浦掺铥激光器

说明书

本发明公开了一种基于GSA和ESA双波长泵浦掺铥激光器，由GSA泵浦源、ESA泵浦源、泵浦光合束器、输入镜、掺铥激光介质及输出镜组成。GSA为基态吸收，对应掺铥激光介质的³H₆→³H₄跃迁，ESA为激发态吸收，对应³F₄→³H₄的跃迁。通过GSA泵浦源泵浦，基于³H₆→³H₄跃迁导致的基态吸收，将掺铥激光介质中Tm³⁺离子抽运到³H₄能级，实现该能级粒子数第一次布局。同时铥离子间的交叉驰豫过程会进一步实现亚稳态³F₄能级的粒子数布局。通过ESA泵浦源泵浦，利用³F₄→³H₄跃迁导致的激发态吸收，将³F₄能级上积聚的粒子数精准抽运至³H₄能级，实现³H₄能级粒子数的第二次布局。本发明提出的通过GSA和ESA双波长泵浦掺铥激光介质的方案可以有效提高³H₄→³H₅跃迁上能级粒子数布局，提高2.3‑2.5μm波段激光输出功率。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于GSA和ESA双波长泵浦掺铥激光器。

背景技术

Tm³⁺离子能级结构丰富，是目前己知各类稀土离子中波长调谐范围最宽的，潜在的跃迁可以覆盖0.8-3.8μm，并且可由多波长泵浦并获得多个波长的激光运转。目前针对掺Tm³⁺激光的绝大部分研究工作集中在³F₄→³H₆的跃迁过程，其发射波长在1.8-2.1μm(取决于基质材料)。实际上，Tm³⁺潜在激光跃迁过程多样，其中发射波长位于2.3-2.5μm波段³H₄→³H₅跃迁格外引人注意。

基于掺Tm激光介质实现2.3-2.5μm波段激光运转具有如下优势：(1)室温四能级激光运转。激光下能级³H₅在基态³H₆上方约9000cm^-1处，为四能级运转，无再吸收，温度效应弱，可室温运转。另外，相对于2μm波段，2.3-2.5μm波段处于水的弱吸收区，激光运转时受周围空气湿度的影响小；(2)光谱特性优良。Tm³⁺离子在2.3-2.5μm波段的受激发射截面大，且增益带宽宽，可以支持飞秒量级锁模脉冲产生；(3)容易获得高质量激光材料。相对于Cr²⁺掺杂II-IV族硫化物介质，掺铥激光材料制备工艺更加成熟可靠，基质种类更加丰富(如Tm:YAG、Tm:YLF等)，为寻找光谱特性优良、热导率高、光学透过率高且物化性能稳定的掺铥激光介质提供了更多可能。