CN101350493A - 一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 - Google Patents
一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101350493A CN101350493A CNA2008100716919A CN200810071691A CN101350493A CN 101350493 A CN101350493 A CN 101350493A CN A2008100716919 A CNA2008100716919 A CN A2008100716919A CN 200810071691 A CN200810071691 A CN 200810071691A CN 101350493 A CN101350493 A CN 101350493A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- level
- laser
- gain medium
- quasi
- pumping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及激光领域中降低激光振荡阈值的实现方法，尤其涉及降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的实现方法。本发明提出两组不同波长激光器作为泵浦源同时泵浦准三能级或三能级激光增益介质，一个波长作为正常泵浦源泵浦基态粒子到激发态；另一个泵浦光再激发并减少接近基态的产生激光的下能级上粒子数，从而降低另一波长作为泵浦源的阈值并提高激光器的效率。故，本发明的方法从本质上解决了常用方法通过降低激光增益介质的温度来降低泵浦光阈值，其的超低温度需要体积十分庞大致冷***，使用并不方便的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域中降低激光振荡阈值的实现方法，尤其涉及降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的实现方法。
背景技术
在准三能级或三能级***中实现激光输出一般存在激光阈值高、效率低、输出功率低等特点。我们以Nd:YAG激光振荡中946nm的激光输出为例。它的谱线相应能级结构如图1所示，其中f为室温下低能级或高能级上的粒子数分别占所在的多重态上总粒子数的比例，由玻耳兹曼分布决定。Nd:YAG作为激活介质在室温下输出946nm波长激光较困难，这是由于946nm谱线属于准三能级***之间的跃迁4F3/2一4I9/2，低能级存在再吸收的过程，这将导致受激发射截面下降，约为4×10-20cm-1，是1064nm波长的1/9，结果946nm谱线的阈值也大大提高。由于热效应，电子处于946nm波段跃迁的下能级的电子数布居较大，这对要实现粒子数反转增加了一定的难度。同时，由于1064nm波长的发射系数是946nm谱线发射系数的9倍，必须抑制1064nm谱线，给镀膜带来困难。基于以上几个方面的原因，获得946nm波长激光的室温运转是比较困难的。相同的情形，在其它三能级***或准三能级***中，是同样存在的。一种常用方法是降低激光增益介质的温度，以此来降低泵浦光阈值，由于超低温度需要致冷***体积十分庞大，使用并不方便，并限制了这类激光器广泛应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种全新的方法来实现降低泵浦光阈值目的。
本发明采用如下方法实现：
用两组不同波长激光器作为泵浦源同时泵浦准三能级或三能级***中的激光增益介质，利用第一泵浦源的第一波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质的基态粒子到激发态，再利用第二泵浦源的第二波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质产生的激光下能级，从下能级抽运粒子到其他能级以减少产生激光的下能级上的粒子数。
当然的，可以用一个双波长泵浦源的第一波长光代替第一泵浦源的第一波长光，其第二波长光代替第二泵浦源的第二波长光。
利用本方法的，第二波长光泵浦激光增益介质从产生激光的下能级抽运粒子到另一激光态时，若另一激光态亦存在产生激光的四能级或三能级的能级***，则可产生双基波长输出。
利用本方法可以制作产生基波的激光器，亦可用于制作腔内倍频光输出的激光器。
因此，本发明区别于常规的通过降低激光增益介质的温度来降低泵浦光阈值，而是通过双波长的泵浦光来实现。所以解决了常规中的超低温度需要体积十分庞大的致冷***，使用并不方便，限制了这类激光器广泛应用的技术难题。
附图说明
结合附图说明对本发明进一步说明。
图1Nd:YAG激光谱线相应能级结构示意图；
图2准三能级跃迁示意图；
图3三能级跃迁示意图。
具体实施方式
对于三能级或准三能级***，增益介质中增益离子由于处于晶格环境，能级受到磁场影响会产生stark***，产生多重能态分部。如图2表示准三能级***的原理示意图，其中，跃迁下能级和最低能级是有基态能级stark***所产生的两个能级。第一波长光λ1将粒子从基态能级泵浦到激发态1，粒子再快速无辐射跃迁到激发态2，再产生激光λ跃迁到跃迁下能级上，由于此能级和最低能级的能量非常接近，粒子在此能级上滞留的时间较长，不容易驰豫到最低能级上，从而，在此能级上都得粒子容易发生自吸收等现象，要实现此跃迁的粒子数反转困难，通常要产生λ波段跃迁激光阈值较高，效率低。
如图2所示，本方法的原理是，利用第二波长光λ2将粒子从跃迁下能级抽运到激发态3能级上(在图2中，激发态3能级和激发态2能级可以重合也可以不重合)，从而大大降低跃迁下能级上的粒子数，同时亦使激光态2能级下来粒子数不易堆积，从而使激光态2到跃迁下能级的粒子更易反转，从而降低总的激光振荡总阈值和提高激光转化效率。
如图3所示，是三能级***，直接利用第一波长光λ1将粒子泵浦到激发态2能级上，粒子直接跃迁到跃迁下能级，发射λ波长荧光。这时，再利用第二波长光λ2的泵浦光将粒子从跃迁下能级抽运到激发态3能级上，以达到降低总的激光振荡总阈值和提高激光转化效率，这时激发态2和激发态3能级是不重合的。
本发明通过准三能级或三能级***从基态和下能级用二个不同波长激光器同时泵浦，从而减少激光下能级粒子数，使整个激光器更易实现激光振荡，降低激光振荡阈值和提高泵浦光转化效率。
本发明是利用两个不同波长激光器产生的第一波长光和第二波长光泵浦。当然的，可以只用一个双波长泵浦源的第一波长光代替第一泵浦源的第一波长光，其第二波长光代替第二泵浦源的第二波长光。其方法原理是一样的。
在激光增益介质中，存在相当多的准三能级激光***和三能级***，如Nd:YV04的输出波长914nm，为典型准三能级***，它由4F3/2→4I9/2之间跃迁，产生914nm的激光下能级是基态的Stark***子能级，晶格***数值为433cm-1，这能级数比较小，因此在室温下激光下能级仍有粒子数，增加了激光的阈值。平时采用808nm作为从基态泵浦到4F5/2上，即从图2中基态泵浦到激发态2能级上，若同时836nm波长激光从下能级泵浦，将使下能级的电子从跃迁下能级泵浦到激发态1能级上，则可降低总的激光泵浦阈值。同样对Nd:YAG中946nm输出波长亦是类似准三能级***，从而类似方法处理的降低阈值和提高转化效率。
对Er3+，Ho3+等稀土离子，锕系离子，过渡金属离子等离子构成激光增益介质，均存在有准三能级***和三能级***，很多准三能级***和三能级激光阈值很高，有的可以在室温下工作，有的则必须在低温或超低温时才能获得激光输出。如Yb:YAG激光器作为准三能级***需工作在0℃以下工作。
采用本发明双波长泵浦***原理上可以使更多准三能级***或三能级***可以在常温下工作并且获得更低激光阈值，因而有一定较好实用价值和应用。
本发明中若激发态3亦存在产生激光的四能级或三能级***，本发明可以成为双波长输出激光器，本发明可广泛应用到产生基波激光器中，亦可用于腔内倍频激光器中。
Claims (4)
1、一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的方法，其特征在于：用两组不同波长激光器作为泵浦源同时泵浦准三能级或三能级***中的激光增益介质，利用第一泵浦源的第一波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质的基态粒子到激发态，再利用第二泵浦源的第二波长光泵浦三能级或三能级激光增益介质产生的激光下能级，从下能级抽运粒子到其他能级以减少产生激光的下能级上的粒子数。
2、如权利要求1所述的降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的方法，其特征在于：可以用一个双波长泵浦源的第一波长光代替第一泵浦源的第一波长光，其第二波长光代替第二泵浦源的第二波长光。
3、如权利要求1或2所述的降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的方法，其特征在于：第二波长光泵浦激光增益介质从产生激光的下能级抽运粒子到另一激光态时，若另一激光态亦存在产生激光的四能级或三能级的能级***，则可产生双基波长输出。
4、如权利要求1所述的降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值的方法，其特征在于：利用本方法可以制作产生基波的激光器，亦可用于制作腔内倍频光输出的激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008100716919A CN101350493A (zh) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | 一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008100716919A CN101350493A (zh) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | 一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101350493A true CN101350493A (zh) | 2009-01-21 |
Family
ID=40269154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2008100716919A Pending CN101350493A (zh) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | 一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101350493A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244349A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-11-16 | 天津大学 | 一种双波长端面泵浦的掺钕的钒酸钇晶体全固态激光器 |
| CN103811987A (zh) * | 2012-11-09 | 2014-05-21 | 财团法人工业技术研究院 | 激光装置及产生激光的方法 |
| CN109904719A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-18 | 中国计量科学研究院 | 用于激光激活介质的诱导粒子跃迁方法及装置 |
| CN113572008A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种光源及其并联式光源与串联式光源 |
-
2008
- 2008-08-28 CN CNA2008100716919A patent/CN101350493A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244349A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-11-16 | 天津大学 | 一种双波长端面泵浦的掺钕的钒酸钇晶体全固态激光器 |
| CN102244349B (zh) * | 2011-05-26 | 2012-08-29 | 天津大学 | 一种双波长端面泵浦的掺钕的钒酸钇晶体全固态激光器 |
| CN103811987A (zh) * | 2012-11-09 | 2014-05-21 | 财团法人工业技术研究院 | 激光装置及产生激光的方法 |
| CN103811987B (zh) * | 2012-11-09 | 2016-06-15 | 财团法人工业技术研究院 | 激光装置及产生激光的方法 |
| CN109904719A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-18 | 中国计量科学研究院 | 用于激光激活介质的诱导粒子跃迁方法及装置 |
| CN113572008A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种光源及其并联式光源与串联式光源 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pollnau et al. | Efficiency of erbium 3-/spl mu/m crystal and fiber lasers | |
| Burnham | A discharge pumped laser on the C→ A transition of XeF | |
| CN101350493A (zh) | 一种降低准三能级或三能级激光增益介质激光振荡阈值方法 | |
| CN102570283B (zh) | 激光泵浦的流动纳米颗粒稀土离子激光器 | |
| CN112563872B (zh) | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 | |
| CN104638502B (zh) | 带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器 | |
| KR102423558B1 (ko) | 단일 또는 로우-모드 광섬유 레이저를 활용한 초-저-양자-결손 펌핑 방식 기반의 고출력, 희토류 도핑된 결정 증폭기 | |
| CN105186281B (zh) | 一种激光器输出的控制方法及激光器 | |
| Bouzid | Analysis and review of Erbium doped fiber amplifier | |
| CN104009375A (zh) | 一种黄光自拉曼激光器 | |
| Page et al. | First demonstration of a diode-pumped gas (alkali vapor) laser | |
| Chen et al. | 8.9-W continuous-wave, diode-end-pumped all-solid-state Nd: YVO 4 laser operating at 914 nm | |
| CN112952538A (zh) | 光纤激光器 | |
| CN211045970U (zh) | 光纤激光器 | |
| CN107591670B (zh) | 一种双掺晶体激光产生方法及装置 | |
| Fan | Quasi-three-level lasers | |
| KR20210020938A (ko) | 1.02 내지 1.06 ㎛ 클래드 펌핑 체계를 갖는 고파워 이터븀:에르븀(Yb:Er) 섬유 레이저 시스템 | |
| Ertel et al. | Performance modelling of a 1 kJ DPSSL system | |
| CN210296860U (zh) | 光纤激光器 | |
| US20240055824A1 (en) | High-energy high-power diode pumped broadband laser | |
| Muhammed et al. | Theoretical treatment of high power operation of Yb3+: KYW thin disk laser | |
| Le Garrec | Challenges of high power diode-pumped lasers for fusion energy | |
| Karelin et al. | Complete optimisation of an electron-beam-pumped Xe laser emitting at 1.73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37, and 3.51 μm | |
| Anderson et al. | Discharge-heated lead vapor laser | |
| CN202759149U (zh) | 一种低阈值运转的直腔式蓝光激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090121 |