CN105048275A - 一种人眼安全输出的固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人眼安全输出固体激光器。包括LD泵浦源2、增益介质、平凹腔,LD泵浦源2是侧面泵浦;增益介质是Er:glass晶体3;平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成,反射镜1为凹面镜,输出耦合镜5为平面镜;平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上,增益介质位于平凹腔内,平凹腔内还设有被动调Q开关,Q开关4位于增益介质与输出耦合镜5之间。本发明结构紧凑,小型化,应用简单方便;人眼无害,使用安全,可多领域应用,高峰值功率,单脉冲基模输出,大气传输距离远,可实现远距离测距、监测等;能量利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器,具体涉及一种人眼安全输出固体激光器。
背景技术
目前1.06um波长测距机对人眼有致盲的危险,而1.54um波长是人眼安全波长,且处于1.5~1.8um的大气传输窗口,大气传输性能好,对目标有高的反射系数,对烟、雾以及战场硝烟等都有较强的穿透能力,这在远程激光武器装备上有很大优势。
目前产生1.5xum人眼无害激光的技术有直接输出技术、受激拉曼散射技术(StimulatedRamanScattering,简称SRS)和光参量振荡技术(OpticalParametricOscillators,简称OPO)。
SRS技术是根据拉曼散射理论,利用拉曼介质的频移,实现人眼安全激光的输出。SRS技术可分为气体、液体和固体三种,对于气体装置,体积大,密封难度大,可靠性差;对于液体拉曼激光器,液体具有挥发性且有毒性;对于固体拉曼激光器,拉曼散射会伴随其它非线性效应,导致转换效率低,发散角变大。
OPO技术是目前较为成熟的技术,它是将一块非线性晶体***激光器的谐振腔中通过倍频来获得人眼安全激光输出。OPO技术,结构相对较为复杂,成本高,抗损伤阈值低,对热效应敏感。
直接输出人眼安全波长激光,较成熟的是利用铒玻璃,但一般情况下其输出能量不高,转换效率低,抗激光损伤能力差。
中国专利申请号201410837248.3公开了一种脉冲泵浦被动调Q激光器,该激光器包括脉冲泵浦源、激光谐振腔、被动调Q元件、光电传感器、控制器,其获得单脉冲输出需要反馈监控***。
中国专利申请号201520146656.4公开了一种平凹腔被动调Q激光器,该激光器包括泵浦***,与泵浦***依次光耦合的准直镜、聚焦镜、谐振腔,谐振腔从聚焦镜一侧起,依次包括光耦合的反射镜、增益组件、被动调Q晶体和输出镜,输出镜出光面耦合有非线性晶体,泵浦***包括泵浦源,给泵浦源供电的驱动源,反射镜、输出镜中至少一个为凹面镜,凹面的曲率半径范围为50mm-1000mm;其激光器结构相对比较复杂,且非人眼安全波长,非单脉冲输出。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足,提供一种小型化、单脉冲输出、人眼无害的固体激光器。
本发明的技术解决方案是:一种人眼安全输出的固体激光器,包括LD泵浦源、增益介质、平凹腔,LD泵浦源是侧面泵浦;增益介质是Er:glass;平凹腔由反射镜、输出耦合镜组成,反射镜为凹面镜,输出耦合镜为平面镜;平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上,增益介质位于平凹腔内,平凹腔内还设有被动调Q开关,Q开关位于增益介质与输出耦合镜之间。
本发明实现了:小型化人眼无害,脉冲激光输出;新型脉冲泵浦,高转换效率,低成本;侧面泵浦,平凹腔设计,实现基横模输出。其有益的技术效果体现在:
(1)本发明采用侧面泵浦+平凹腔的技术方案;侧面泵浦可得到较大功率输出,但易产生多横模,利用平凹腔,凹面镜为反射镜,曲率半径500~2000mm,输出耦合镜为平面镜,镀膜5%~15%透射,容易得基模输出。凹面镜曲率越大,输出基模光斑越大,发散角越小。
(2)本发明采用增益介质为Er:glass,人眼安全波长,目前商用人眼安全激光器多为半导体激光器,或连续低功率输出,或利用倍频技术而体积大,本发明利用被动调Q技术,获得高峰值功率的脉冲激光输出,Q开关为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体。
(3)本发明采用脉冲泵浦;Er:glass热导率低,大功率易产生较多热量堆积,产生明显的热透镜效应,影响输出模态,甚至产生物理损坏。本发明采用脉冲泵浦,泵浦一定时间后便停止泵浦,避免过度热量的产生。
(4)本发明可高效率实现;脉冲泵浦一般均有反馈监控机制,当监控到有脉冲输出后,才反馈控制停止泵浦,因为***本身的延迟及激光器的弛豫特性,这种方式仍会有一部分泵浦能量的浪费,而本发明无需此***,只需事前通过计算和实验调整好泵浦时间,泵浦一定时间后自动停止泵浦,此泵浦停止时间早于脉冲输出,因此可实现更高的能量转换,同时没有反馈监控***,成本也大幅降低。
附图说明
图1是一种人眼安全输出的固体激光器的结构图。
图2是泵浦脉冲和激光输出脉冲图。
图3是激光器输出光斑。
图中:1.反射镜;2.LD泵浦源;3.Er:glass晶体;4.Q开关;5.输出耦合镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示,一种人眼安全输出的固体激光器,包括:
反射镜1,为凹面镜,镀1540nm高反膜;
LD泵浦源2,波长940nm,侧面泵浦;
增益介质,为Er:glass晶体3,产生1540nm人眼安全波长激光;
Q开关4,为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体,用来实现脉冲输出;
输出耦合镜5,为平面镜,1540nm波长激光10%透过率。
平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成,Er:glass晶体3位于平凹腔中间,Q开关4位于Er:glass晶体3与输出耦合镜5之间,平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上。
LD泵浦源2设置有光脉冲输出的最小泵浦时间t,利用调Q速率方程,计算出有脉冲输出时泵浦所需理论时间t;具体实验中,调整泵浦源泵浦时间为t,探测是否有光脉冲输出,如果有,缩短泵浦时间t(步进0.1ms),再次探测是否有光脉冲输出;反之,如果没有光脉冲输出,则延长泵浦时间t(步进0.1ms),探测是否有光脉冲输出;直至找到有光脉冲输出的最小泵浦时间t,将此时间设定为产品的固定参数,当泵浦时间达到t时,泵浦源由计时器控制自动关闭,泵浦停止时间早于脉冲输出。
如图2泵浦脉冲和激光输出脉冲图所示,工作时,LD泵浦源采用脉冲泵浦,并且通过计算及实验调整,设置好泵浦参数即可获得单脉冲输出,并且在脉冲输出前泵浦源就已经关闭,能量利用率高,同时侧面泵浦可获得较大的能量输出,本发明无需反馈监控***,结构紧凑简单,成本低。
图3显示了激光器输出光斑,一般侧面泵浦相对易产生多横模输出,采用平凹腔可容易获得基横模输出,并且容差大,耦合简单。
本发明结构紧凑,小型化,应用简单方便;人眼无害,使用安全,可多领域应用,高峰值功率,单脉冲基模输出,大气传输距离远,可实现远距离测距、监测等;能量利用率高。
Claims (8)
1.一种人眼安全输出的固体激光器,包括LD泵浦源、增益介质,其特征在于还包括平凹腔,LD泵浦源是侧面泵浦;增益介质是Er:glass;平凹腔由反射镜1、输出耦合镜5组成,反射镜为凹面镜,输出耦合镜为平面镜;平凹腔位于侧面泵浦的输出光路上,增益介质位于平凹腔内,平凹腔内还设有被动调Q开关,Q开关位于增益介质与输出耦合镜之间。
2.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是反射镜的凹面曲率半径500~2000mm。
3.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是反射镜镀1540nm高反膜。
4.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是LD泵浦源波长940nm。
5.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是Q开关为Co+2:MgAl2O4饱和吸收体。
6.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是输出耦合镜镀膜5%~15%透射。
7.根据权利要求6所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是输出耦合镜1540nm波长激光10%透过率。
8.根据权利要求1所述的一种人眼安全输出固体激光器,其特征是泵浦源设置有光脉冲输出的最小泵浦时间t,当泵浦时间达到t时,泵浦源由计时器控制自动关闭,泵浦停止时间早于脉冲输出。
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