[发明专利]高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器

说明书

本发明涉及基于线性方法的半导体激光器，具体涉及高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器，用于解决虽然利用1.15μm激光器泵浦掺钬晶体获得2μm波段固体连续激光输出，以及利用3μm波段连续激光泵浦掺铁硒化锌晶体获得4μm波段固体连续激光输出，但该类激光器仅能获得2μm或4μm波段单一波长输出的不足之处。该高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器包括谐振腔、低温恒温器、泵浦激光器、准直聚焦系统、激光增益介质；本发明首次提出利用高功率1μm波段激光泵浦钬铁共掺晶体实现2μm和4μm两个波长激光同时输出，在获得2μm激光输出的同时，可大幅提升4μm激光效率。

技术领域

本发明涉及基于线性方法的半导体激光器，具体涉及高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器。

背景技术

中红外2～4μm波段连续激光光源在大气中透射能力强，并且对应物质辐射谱和一些气体分子的特征谱线，在民用领域大气监测/探测等领域有着广泛应用，近年来受到研究人员青睐，因此，发展高效率中红外2～4μm波段全固态连续激光器有着重要的科学意义和应用价值。

目前，中红外2～4μm波段固体连续激光的产生方法主要有基于粒子数反转的线性方法和基于非线性效应的非线性方法，其中非线性方法包括光学参量振荡、光学参量放大、和频及差频等，线性方法包括半导体量子级联激光器和红外泵浦的掺杂过渡金属铁离子的晶体材料等。非线性方法可以产生1.5μm和4μm的闲频光和信号光输出，但是在连续运转体制下，激光器输出功率稳定性较差，效率较低。在线性方法中，半导体激光器还存在光束质量较差、功率有限等问题，且只能实现单一波长输出。而利用掺铥光纤激光器泵浦掺钬晶体可以获得全固态高功率2μm激光输出，以及利用红外泵浦掺杂过渡金属铁离子的晶体材料产生4μm波段连续激光输出，该类技术具有光束质量好、效率高、波长可调谐、功率稳定性好、可定标放大、结构紧凑易于集成等优点，目前已有多篇文献报道利用1.15μm激光器泵浦掺钬晶体获得2μm波段固体连续激光输出，以及利用3μm波段连续激光泵浦掺铁硒化锌晶体获得4μm波段固体连续激光输出。2013年，Wang等人报道了利用1.15μm激光器泵浦Ho:LuLiF₄晶体，获得了1.4W的2.07μm激光输出，斜率效率为29％(2013年第21卷《OpticsExpress》“Efficient Ho:LuLiF₄ laser diode-pumped at 1.15μm”)。2018年，Pushkin等人采用2.8μm光纤激光器泵浦掺铁硒化锌晶体，在低温77K条件下获得了功率为2.1W的4μm波段连续激光输出，光光转换效率高达32％(2018年第43卷《Optics Letters》“Compact,highly efficient,2.1-W continuous-wave mid-infrared Fe:ZnSe coherent source,pumped by an Er:ZBLAN fiber laser”)，但是该类激光器也只能获得2μm或4μm波段单一波长输出。

发明内容

本发明的目的是解决虽然利用1.15μm激光器泵浦掺钬晶体获得2μm波段固体连续激光输出，以及利用3μm波段连续激光泵浦掺铁硒化锌晶体获得4μm波段固体连续激光输出，但该类激光器仅能获得2μm或4μm波段单一波长输出的不足之处，而提供一种高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种高效率全固态中红外2μm和4μm双波长连续激光器，其特殊之处在于：包括谐振腔、低温恒温器，以及沿光路依次设置的泵浦激光器、准直聚焦系统、激光增益介质；

所述准直聚焦系统包括两个平凸透镜；

所述激光增益介质装载于所述低温恒温器中，

所述低温恒温器用于控制激光增益介质的温度，低温恒温器位于所述谐振腔内，低温恒温器上在与光路重合处设置有两个通光窗口；