CN212323401U - 一种微型化人眼安全激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于激光测距的微型化人眼安全激光器，本实用新型通过以下技术方案予以实现：采用玻璃和晶体复合技术，将增益介质Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃和被动调Q可饱和Co²⁺：MgAl₂O₄晶体进行了光学热复合，复合材料降低能够增益介质内部的温度梯度，使热焦距变长，模式体积增加，激光光束质量提高；另外，复合材料使腔内损耗减小，腔内的粒子数密度提高，脉宽变窄，输出能量增加，从而激光器性能得到提高。本实用新型采用自然被动冷却的方式，使整个激光器的结构更为简单、紧凑，采用中心波长940nm的LD单管激光器端面泵浦，适应于宽温度使用范围。

Description

一种微型化人眼安全激光器

技术领域

本实用新型属于能量光电子和固体激光器激光技术领域，涉及一种微型化人眼安全激光器。

背景技术

1.5μm波长激光处于通信窗口，在光通信领域有着广泛的应用；同时，波长1.5μm附近的激光处于人眼不敏感的波段，穿透烟雾能力比较强，这些优点使其有非常大的应用潜力。特别是小体积、低功耗、宽温度适应范围、高稳定性和低成本的1.5μm波段微型脉冲激光器，在无人机、测距望远镜和军事等激光测距领域有着广阔的应用前景。

目前输出1.5μm波长人眼安全激光的的技术方法有三种：光学参量振荡(OpticalParametric Oscillator，OPO)，受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)和直接输出。OPO和SRS通常是将1.06μm的激光经过转换频率来获得，这样导致***结构复杂，不利于单兵作战等军事上的利用，而且成本也比较高，不利于大量生产。直接输出1.5μm激光相对于OPO和SRS更容易实现小型化，因此成为大批量生产、应用最为理想的方法。直接输出1.5μm激光包括两种方式，一种是半导体激光器直接输出，另一种是通过半导体激光器泵浦增益介质来获得。激光二极管光束质量较差，半导体材料易受温度影响，稳定性不高。其中LD泵浦铒玻璃是最常见获得直接输出1.5μm人眼安全激光的方式，这是由于铒镱共掺磷酸盐玻璃具有长的上能级寿命、高的铒镱能量转移效率和不易产生荧光淬灭等特点，且生产条件成熟，是目前低重频直接输出1.5μm人眼安全激光最常使用的增益介质。

LD泵浦的铒玻璃激光器，目前主要有端面泵浦和侧面泵浦两种方式。根据调研，侧面泵浦方式大都采用LD双侧面泵浦铒玻璃板条的方式，这种方式可以获得单脉冲能量毫焦级、脉宽10ns左右的1.5μm激光输出，但是都采用大面传导冷却的方式，在厚度方向有非常大的温度梯度，容易产生波前畸变、热致双折射和热透镜效应，因此光束质量较差，而且需要外接循环水冷***，造成了激光器体积的庞大，携带和使用非常不便。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是：在LD端面泵浦铒玻璃激光器的基础上，提出一种微型化、光束质量更好、光-光转化效率更高的人眼安全激光器。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种微型人眼安全激光器，其包括由前至后同轴布置的泵浦源2、聚焦透镜3、调Q晶体4、增益介质5，调Q晶体4和增益介质5通过光束热复合形成复合材料模块，泵浦源2的前侧布置全反镜1，复合材料模块后侧布置输出镜。

其中，所述泵浦源2为TO-3封装LD，中心波长为940nm。

其中，所述泵浦源2发光面腰斑直径为250um，快轴发散角小于35度，慢轴发散角10度，快轴采用表面镀940nm增透膜的光纤快轴准直镜压缩发散角。

其中，所述全反镜1对940nm增透、对1535nm全反。

其中，所述输出镜6对1535nm的波长透过率为10％。

其中，所述调Q晶体4为Co2+：MgAl2O4晶体，长度为1.6mm；增益介质5为Er3+/Yb3+：glass，长度为3.0mm；复合后尺寸为Φ1mm×4.6mm。

其中，所述复合材料模块靠近全反镜的一面镀940nm和1535nm波长增透膜，靠近输出镜的一面镀940nm波长全反膜和1535nm波长增透膜，腔长4.6mm，泵浦脉宽取7ms，重复频率10Hz。

其中，所述激光器腔型为平-平腔。

(三)有益效果

上述技术方案所提供微型化人眼安全激光器，采用中心波长940nm的二极管激光器端面泵浦铒玻璃、被动调Q、自然被动冷却的方式获得1.5μm的激光输出，将增益介质Er³⁺/Yb³⁺：/glass和被动调Q晶体Co²⁺：MgAl₂O₄进行光学热复合，减小了腔内损耗，提高腔内的粒子数密度，从而增加了单脉冲输出能量，减小了输出脉宽，提高了输出激光的光束质量，同时采取自然冷却的方式，避免了传统的庞大的冷却***，大副度减小了整个激光器的体积。

附图说明

图1为微型人眼安全激光器的原理示意图。

图2为微型人眼安全激光器结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本实用新型微型人眼安全激光器包括由前至后同轴布置的泵浦源2、聚焦透镜3、调Q晶体4、增益介质5，调Q晶体4和增益介质5通过光束热复合形成复合材料模块，泵浦源2的前侧布置全反镜1，复合材料模块后侧布置输出镜。

本实施例激光器采用端面泵浦方式，泵浦源2为TO-3封装LD，中心波长为940nm，相比于976nm波长，Yb³⁺在940nm波长左右的吸收截面随温度变化很小，当泵浦光的波长发生频移时，激光输出不会有太大变化，有利于极高激光器的稳定性；LD发光面腰斑直径为250um，快轴发散角小于35度，慢轴发散角10度，快轴采用表面镀940nm增透膜的光纤快轴准直镜压缩发散角，并采用焦距为5mm的聚焦透镜3聚焦，聚焦后光斑束腰约为80um。

激光器腔型选择平-平腔，全反镜1对940nm增透、对1535nm全反，输出镜6对1535nm的波长透过率为10％。

复合材料模块中，调Q晶体4为Co²⁺：MgAl₂O₄晶体，长度为1.6mm；增益介质5为Er³⁺/Yb³⁺：glass，长度为3.0mm；复合后尺寸为Φ1mm×4.6mm。复合材料模块靠近全反镜的一面镀940nm和1535nm波长增透膜，靠近输出镜的一面镀940nm波长全反膜和1535nm波长增透膜，腔长4.6mm，泵浦脉宽取7ms，重复频率10Hz。

由上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下显著特点：

(1)采用中心波长940nm的LD单管激光器端面泵浦，适应于宽温度使用范围；

(2)增益介质和被动调Q晶体进行光学热复合，相对于传统的增益介质和调Q晶体分离的结构，采用复合技术可以减少铒玻璃的热沉积，减少热退偏和端面形变，同时减小腔内损耗，提高腔内的粒子数密度，从而增加了单脉冲输出能量，减小了输出脉宽，同时提高了输出激光的光束质量；

(3)该激光器采用自然被动冷却的方式，使整个激光器的结构更为简单、紧凑。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种微型化人眼安全激光器，其特征在于，包括由前至后同轴布置的泵浦源(2)、聚焦透镜(3)、调Q晶体(4)、增益介质(5)，调Q晶体(4)和增益介质(5)通过光束热复合形成复合材料模块，泵浦源(2)的前侧布置全反镜(1)，复合材料模块后侧布置输出镜。

2.如权利要求1所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述泵浦源(2)为TO-3封装LD，中心波长为940nm。

3.如权利要求2所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述泵浦源(2)发光面腰斑直径为250um，快轴发散角小于35度，慢轴发散角10度，快轴采用表面镀940nm增透膜的光纤快轴准直镜压缩发散角。

4.如权利要求3所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述全反镜(1)对940nm增透、对1535nm全反。

5.如权利要求4所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述输出镜(6)对1535nm的波长透过率为10％。

6.如权利要求5所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述调Q晶体(4)为Co2+：MgAl2O4晶体，长度为1.6mm；增益介质(5)为Er3+/Yb3+：glass，长度为3.0mm；复合后尺寸为Φ1mm×4.6mm。

7.如权利要求6所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述复合材料模块靠近全反镜的一面镀940nm和1535nm波长增透膜，靠近输出镜的一面镀940nm波长全反膜和1535nm波长增透膜，腔长4.6mm，泵浦脉宽取7ms，重复频率10Hz。

8.如权利要求1所述的微型化人眼安全激光器，其特征在于，所述激光器腔型为平-平腔。

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