CN100438232C - Ld侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，以掺杂Nd3+的激光晶体作为工作物质，利用非线性光学晶体频率变换技术及声光调Q技术，将1.3微米和1.0微米波段范围的激光通过倍频转换成红、绿双波长准连续激光。本发明既可以实现红、绿双波长激光同时输出，也可以通过谐振腔内加入斩波器来实现红、绿双波长激光交替输出。具有结构紧凑、寿命长、运转成本低、调节方便灵活等优点，在激光医学、激光彩色显示、激光娱乐及科学研究等领域有着广阔的市场和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器，特别涉及LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器。
背景技术
自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，各类激光器及激光技术发展极为迅速。其中，双波长激光器的发展备受瞩目，它克服了激光器输出单一波长的缺陷，在诸多领域中都有着广阔的市场和应用前景，已成为国内外的热门研究课题。作为三原色之二的红、绿双波长激光器，以其在可见光波段范围内的独特优势，在激光医学、激光彩色显示、激光全彩***、大气监测及科学实验中占有重要的地位，颇有理论研究价值和应用价值，国内外都有利用非线性光学晶体进行激光频率变换以获得红、绿双波长激光的相关报道。如采用同一平凹谐振腔结构(O Benito，D Jaque，Z D Luo，Y DHuang.“Solid state laser source for simultaneous generation of green and redradiation”J.Phys.D：Appl.Phys.35(2002)2711-2715)，利用1.3微米波段范围的基频光经倍频晶体KTP 1产生红光，剩余基频光与泵浦光在第二块非线性光学晶体KTP 2中经和频产生绿光，双波长红、绿激光由同一耦合输出镜一同输出腔外。中国专利申请02117364.8中采用灯泵浦6字腔和8字腔结构实现了红、绿双波长激光的同时输出。在上述两项技术中，只能同时输出红、绿双波长激光，并且前者还存在效率较低，镀膜技术复杂的缺点，后者采用灯泵浦方式，转换效率低，腔型结构复杂，不便于调节。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，红、绿双波长激光既可以同时输出，也可以交替输出，具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全等优点。
实现本发明的技术方案是这样解决的：一种LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，包括平凹全反射端镜，入射平凹全反射端镜的水平光路上依次设置有声光调Q晶体、掺杂Nd3+的激光晶体及其LD侧面泵浦源、分束镜、二次谐波反射镜、第一倍频晶体、第一平面反射端镜；垂直光路上面向分束镜的一面依次设置有第二倍频晶体、第二平面反射端镜，分束镜的另一面上方设置有第三平面反射镜。掺杂Nd3+的激光晶体吸收LD侧面泵浦源辐射的能量后，形成反转粒子数分布，当Nd3+分别在能级4F3/2-4I13/2和4F3/2-4I11/2之间跃迁时，便产生1.3微米和1.0微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的双波长基频光，双波长基频光由平凹全反射端镜，经声光调Q晶体、掺杂Nd3+的激光晶体后入射到分束镜，分束镜将其分成两条光路，其中一条光路是1.0微米波段范围的基频光经二次谐波反射镜入射到第一倍频晶体，经第一倍频晶体产生的倍频绿光通过第一平面反射端镜耦合输出，未经转换的基频光由第一平面反射端镜反射后原路返回平凹全反射端镜，在此过程中，再次经过第一倍频晶体时产生的倍频绿光被二次谐波反射镜反射后又经过第一倍频晶体由第一平面反射端镜耦合输出；另一条光路是1.3微米波段范围的基频光经第二倍频晶体倍频，产生的倍频红光与未经转换的基频光一同到达第二平面反射端镜，经反射，基频光再次通过第二倍频晶体倍频后，剩余基频光沿原路返回平凹全反射端镜，两次倍频产生的红光一同经分束镜耦合输出，被第三平面反射镜反射后水平输出。
在本发明中，平凹全反射端镜分别和第一平面反射端镜、第二平面反射端镜构成谐振腔。
所述的分束镜和二次谐波反射镜之间设置有斩波器。
所述的斩波器中振动薄片的振动方向垂直于激光晶体辐射的荧光光轴方向，且振动频率可调。
红、绿双波长准连续激光既能同时输出或者通过加入斩波器实现交替输出。
所述的平凹全反射端镜的曲率半径选取范围为800～1200mm。
所述的分束镜的倾斜角度与水平正向夹角为135°。
所述的第三平面反射镜的倾斜角度与水平正向夹角为45°，与分束镜互成90°放置。
所述的第一倍频晶体、第二倍频晶体包括三硼酸锂(LBO)、β-偏硼酸钡(BBO)、磷酸钛氧钾(KTP)及其它非线性光学晶体和光学超晶格晶体。
所述的掺杂Nd3+的激光晶体包括掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd3+:YVO4)、掺钕铝酸钇(Nd3+:YAP)、掺钕氟化钇锂(Nd3+:YLF)等激光晶体。
此外，为提高红、绿双波长激光的输出功率，可通过调节声光调Q晶体的调制频率使连续的双波长基频光转换成具有高重复频率及高峰值功率的准连续激光。
本发明LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，采用一个平凹全反射镜作为谐振腔的左侧端镜，同时实现了双波长基频光的全反射，减少了构成激光器谐振腔的元件，使其结构更为简单紧凑；采用分束镜，将双波长基频光分成相互垂直的两路光，使其在各自相应的谐振腔内分别振荡，每一路光都可以独立进行调节，使操作更为方便灵活；本发明激光器既可以实现红、绿双波长激光同时输出，又可以通过加入斩波装置实现交替输出，使其适用范围更为广泛。
附图说明
图1为本发明LD侧面泵浦同时输出准连续高功率红、绿双波长激光器结构示意图；
图2为本发明LD侧面泵浦交替输出准连续高功率红、绿双波长激光器结构示意图。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参照图1所示，本发明的入射平凹全反射端镜1的水平光路上依次设置有声光调Q晶体5、掺杂Nd3+的激光晶体6及其LD侧面泵浦源7、分束镜8、二次谐波反射镜9、第一倍频晶体10、第一平面反射端镜2；垂直光路上面向分束镜8的一面依次设置有第二倍频晶体11、第二平面反射端镜3，分束镜8的另一面上方设置有第三平面反射镜4。平凹全反射端镜1分别和第一平面反射端镜2、第二平面反射端镜3构成谐振腔。
参照图2所示，在图1所示结构基础上，将分束镜8和二次谐波反射镜9之间设置斩波器12，即构成了LD侧面泵浦交替输出准连续高功率红、绿双波长激光器。
本发明实施例一为LD侧面泵浦Nd3+:YAG同时输出660nm红光、532nm绿光双波长准连续高功率激光器。参见附图1所示，平凹全反射端镜1分别与第一平面反射端镜2、第二平面反射端镜3构成谐振腔，入射平凹全反射端镜1的水平光路上依次设置有声光调Q晶体5、Nd3+:YAG激光晶体6、分束镜8、二次谐波反射镜9、第一倍频晶体KTP 10、第一平面反射端镜2；垂直光路上面向分束镜8的一面依次设置有第二倍频晶体LBO 11、第二平面反射端镜3，分束镜8的另一面设置有第三平面反射镜4。
平凹全反射端镜1固定在二维调整架上，凹面镀有1064nm和1319nm双色高反膜(反射率均大于99.8％)；第一平面反射端镜2的直径为Φ＝20mm，面向第一倍频晶体KTP 10的一面镀有对1064nm高反(反射率大于99.8％)和532nm高透(透过率大于99.8％)的双色膜，另一面镀532nm增透膜(透过率大于99.8％)；第二平面反射端镜3的直径为Φ＝20mm，面向第二倍频晶体LBO 11的一面镀有1319nm和660nm双色高反膜(反射率均大于99.8％)。
第三平面反射镜4的直径为Φ＝20mm，与水平正向夹角为45°，面向光路的一面镀有660nm全反膜(反射率大于99.8％)。
分束镜8的直径为Φ＝20mm，与水平正向夹角为135°，面向激光晶体6一面镀有对1319nm高反(反射率大于99.8％)、对660nm和1064nm高透(透过率均大于99.8％)的三色膜，另一面镀有1064nm增透膜(透过率大于99.8％)。
二次谐波镜9的直径为Φ＝20mm，两通光面均镀1064nm增透膜(透过率均大于99.8％)，面向第一倍频晶体KTP 10的一面还镀有532nm高反膜(反射率大于99.8％)。
激光晶体Nd3+:YAG6中Nd3+的掺杂浓度为1.0％，尺寸为Φ3×10mm，两通光面均镀有1064nm和1319nm双色高透膜(透过率均大于99.8％)。
第一倍频晶体10选用II类临界相位匹配的KTP晶体，尺寸为3×3×5mm3，两通光面均镀有1064nm和532nm双色增透膜(透过率均大于99.8％)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。
第二倍频晶体11选用I类非临界相位匹配的LBO晶体，尺寸为3×3×5mm3，两通光面均镀有1319nm和660nm双色增透膜(透过率均大于99.8％)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。
激光晶体6与倍频晶体10、11均采用循环水冷却，冷却温度范围在16～22℃。
Nd3+:YAG激光晶体6吸收LD侧面泵浦源7辐射的能量后，形成反转粒子数分布，当Nd3+分别在能级4F3/2-4I13/2和4F3/2-4I11/2之间跃迁时，便产生波长为1319nm和1064nm的受激荧光辐射，辐射的荧光在激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的双波长基频光，双波长基频光由平凹全反射端镜1，经声光调Q晶体5、激光晶体6入射到分束镜8，分束镜8将其分成两条光路，其中1064nm基频光经二次谐波反射镜9入射到第一倍频晶体KTP 10，由KTP 10发出的532nm绿光通过第一平面反射端镜2耦合输出，未经转换的基频光由第一平面反射端镜2反射后原路返回平凹全反射端镜1，在此过程中，第二次经过KTP晶体10产生的532nm倍频绿光被二次谐波反射镜9反射后又由第一平面反射端镜2耦合输出；另一条光路1319nm波长的基频光经第二倍频晶体LBO 11倍频，所产生的660nm红光与未经转换的基频光一同到达第二平面反射端镜3，经反射，1319nm基频光再次通过第二倍频晶体LBO 11倍频后，剩余基频光沿原路返回平凹全反射端镜1，两次倍频产生660nm红光一同经分束镜8、第三平面反射镜4反射输出。
本发明实施例二为LD侧面泵浦Nd3+:YAG激光晶体6交替输出660nm红光、532nm绿光双波长准连续高功率激光器。参见附图2所示，在本实例中，将斩波器12置于分束镜8与二次谐波镜9之间，其振动方向垂直于激光晶体6辐射的荧光光轴方向。其它光学元件同实施例一。调节斩波器12的振动频率，同时微调谐振腔内各元件，最终使得斩波器振动薄片在激光晶体6辐射的荧光光轴上时，1064nm基频光不能起振，有660nm红光激光输出；当振动薄片偏离此光轴时，1319nm基频光不能起振，有532nm绿光激光输出。
Claims (9)
1、一种LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，包括平凹全反射端镜(1)，其特征在于，入射平凹全反射端镜(1)的水平光路上依次设置有声光调Q晶体(5)、掺杂Nd3+的激光晶体(6)及其LD侧面泵浦源(7)、分束镜(8)、二次谐波反射镜(9)、第一倍频晶体(10)、第一平面反射端镜(2)；垂直光路上面向分束镜(8)的一面依次设置有第二倍频晶体(11)、第二平面反射端镜(3)，分束镜(8)的另一面上方设置有第三平面反射镜(4)；掺杂Nd3+的激光晶体(6)吸收LD侧面泵浦源(7)辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+分别在能级4F3/2-4I13/2和4F3/2-4I11/2之间跃迁，产生1.3微米和1.0微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的双波长基频光，双波长基频光由平凹全反射端镜(1)，经声光调Q晶体(5)、掺杂Nd3+的激光晶体(6)入射到分束镜(8)，分束镜(8)将其分成两条光路，其中一条光路是1.0微米波段范围的基频光经二次谐波反射镜(9)入射到第一倍频晶体(10)，经第一倍频晶体(10)后产生的倍频绿光通过第一平面反射端镜(2)耦合输出，未经转换的基频光由第一平面反射端镜(2)反射后原路返回平凹全反射端镜(1)，经过第一倍频晶体(10)时又一次产生倍频绿光，产生的倍频绿光被二次谐波反射镜(9)反射后经过第一倍频晶体(10)由第一平面反射端镜(2)耦合输出；另一条光路是1.3微米波段范围的基频光经第二倍频晶体(11)倍频，产生的倍频红光与未经转换的基频光一同到达第二平面反射端镜(3)，经反射，基频光再次通过第二倍频晶体(11)倍频后，剩余基频光沿原路返回平凹全反射端镜(1)，两次倍频产生的红光一同经分束镜(8)耦合输出，被第三平面反射镜(4)反射后水平输出。
2、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，所述的分束镜(8)和二次谐波反射镜(9)之间设置有斩波器(12)。
3、根据权利要求2所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，所述的斩波器(12)中振动薄片的振动方向垂直于激光晶体(6)辐射的荧光光轴方向，且振动频率可调。
4、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，红、绿双波长准连续激光同时输出或通过加入斩波器(12)实现交替输出。
5、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，平凹全反射端镜(1)的曲率半径选取范围为800～1200mm。
6、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，分束镜(8)的倾斜角度与水平正向夹角为135°。
7、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，第三平面反射镜(4)的倾斜角度与水平正向夹角为45°，与分束镜(8)互成90°放置。
8、根据权利要求书1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，第一倍频晶体(10)包括三硼酸锂LBO、β-偏硼酸钡BBO、磷酸钛氧钾KTP及其它可实现从1.0微米波段范围到0.5微米波段范围绿光转换的任意一种非线性光学晶体，第二倍频晶体(11)包括三硼酸锂(LBO)、β-偏硼酸钡BBO、磷酸钛氧钾KTP及其它可实现从1.3微米波段范围到0.6微米波段范围红光转换的任意一种非线性光学晶体。
9、根据权利要求1所述的LD侧面泵浦准连续高功率红、绿双波长激光器，其特征在于，掺杂Nd3+的激光晶体(6)包括掺钕钇铝石榴石Nd3+:YAG、掺钕钒酸钇Nd3+:YVO4、掺钕铝酸钇Nd3+:YAP、掺钕氟化钇锂Nd3+:YLF激光晶体。
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