CN100442613C - 高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光*** - Google Patents

Abstract

一种高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***，包括激光泵浦***、钛宝石激光谐振腔和外腔种子光注入***，特点是所述的钛宝石激光谐振腔是依次由一块输入输出平面镜、第一平面反射镜、一块凹面反射镜和第二平面反射镜组成的四镜环形腔结构，在所述的凹面反射镜的两光臂上分别置放第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体，所述的激光泵浦***由调Q的Nd:YAG激光器、倍频器和泵浦光束整形及耦合***组成，其输出的532nm泵浦光分别从所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的端面注入；所述的外腔种子光注入***包括波长为910nm的激光二极管，该激光二极管发出的910nm激光由所述的输入输出平面镜注入。本发明具有结构紧凑、体积小、效率高、寿命长，工作稳定的特点。

Description

高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***

技术领域

本发明涉及激光器，特别是一种高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***。

背景技术

蓝绿激光在水下通信、海洋探测中应用潜力大。为了降低太阳光背景，希望发射光源的波长能与铯(Cs)原子滤波器的波长455nm相对应，且具有较好的光束质量和较高的激光能量。在激光对水下目标通信以及差分吸收雷达中，不仅要求具有波长稳定的高能量激光，而且要求激光光束发散角较小，激光光斑应尽可能均匀。

要获得高效稳定可靠的455nm激光输出，其中一种比较方便的途径是通过倍频实现，这就需要有一种输出为910nm波长的激光器。钛宝石晶体具有优良的物理与光学特性和最宽的激光范围，可调谐范围为700nm～1050nm，经非线性光学频率变换后可以获得最佳的蓝绿激光输出。

钛宝石激光谐振腔一般采用直腔和环形腔，但是在直腔中由于存在空间烧空现象，严重影响了输出光束质量。而一般所用的环形腔，由于不能进一步的提高泵浦光的吸收效率，导致输出功率也比较低，满足不了某些实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的是为了提高蓝绿激光输出功率和光束质量，提供一种高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***，该激光***应能够消除空间烧孔现象，提高激光器的总体转换效率，提高激光的输出功率和光束质量，应具有结构紧凑、体积小、效率高、寿命长，工作稳定等特点。

本发明的技术解决方案是：

一种高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***，包括激光泵浦***、钛宝石激光谐振腔和外腔种子光注入***，其特点是所述的钛宝石激光谐振腔是依次由一块输入输出平面镜、第一平面反射镜、一块凹面反射镜和第二平面反射镜组成的四镜环形腔结构，在所述的凹面反射镜的两光臂上分别置放第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体，所述的激光泵浦***由调Q的Nd:YAG激光器、倍频器和泵浦光束整形及耦合***组成，其输出的532nm泵浦光分两束分别从所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的端面注入；所述的外腔种子光注入***包括波长为910nm的激光二极管，该激光二极管发出的910nm激光由所述的输入输出平面镜注入。

所述的钛宝石晶体中心轴线垂直于晶轴，两通光端面以布儒斯特角切割，且两通光表面的法线与晶轴处于同一平面内，泵浦光与钛宝石晶体的通光表面的法线成61.2°夹角，振荡光出射方向和钛宝石晶体的通光面法线成60.4°，泵浦光经过望远镜***整形后，对两块钛宝石晶体进行双端泵浦，确保泵浦光能量密度低于晶体的破坏阈值。

所述的激光泵浦***由一套或两套调Q的Nd:YAG激光器、倍频器和泵浦光束整形及耦合***组成。

选取了一定的腔长，在保证足够的激光输出功率的前提下，确保了输出激光脉宽18ns，满足使用要求。

本发明具有以下优点：

1、利用钛宝石晶体的增益波导效应，设计了四镜环形腔结构，可以获得高效率的钛宝石激光输出。同时如果增加泵浦光的能量，只需保证光斑面积足够大，不会超过晶体损坏阈值，就可以获得更高功率的激光输出。

2、在此环形腔中使用双晶体，泵浦光分两束端面泵浦晶体，可以有效提高激光器的输出功率；钛宝石晶体布儒斯特角切割获得偏振光输出；

3、两钛宝石晶体关于凹镜中轴对称，分别放置于两臂。泵浦光不通过第一平面反射镜、一块凹面反射镜和第二平面反射镜对晶体端面泵浦，泵浦端面基模半径同等大小，提高了总体泵浦光吸收效率。

4、使用钛宝石激光谐振腔输出光束质量高，同时采用外腔种子光注入，可获得窄线宽，窄脉宽，高光束质量的910nm激光，满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本发明高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***的总体框图。

图2为本发明中钛宝石激光环形谐振腔的光路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

先请参阅图1和图2，由图1和图2可以看出，本发明高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***，包括激光泵浦***、钛宝石激光谐振腔IV和外腔种子光注入***V，所述的钛宝石激光谐振腔IV是依次由一块输入输出平面镜1、第一平面反射镜2、一块凹面反射镜4和第二平面反射镜3组成的四镜环形腔结构，在所述的凹面反射镜4的两光臂上分别置放第一钛宝石晶体5和第二钛宝石晶体6，所述的激光泵浦***由两套调Q的Nd:YAG激光器I、倍频器II和泵浦光束整形及耦合***III组成，其输出的532nm泵浦光分别从所述的第一钛宝石晶体5和第二钛宝石晶体6的端面注入；所述的外腔种子光注入***V包括波长为910nm的激光二极管，该激光二极管发出的910nm激光由所述的输入输出平面镜1注入。

所述的钛宝石晶体中心轴线垂直于晶轴c，两通光端面以布儒斯特角切割，且两通光表面的法线与晶轴c处于同一平面内，泵浦光与钛宝石晶体的通光表面的法线成61.2°夹角，振荡光出射方向和钛宝石晶体的通光面法线成60.4°，泵浦光经过望远镜***整形后，对两块钛宝石晶体进行双端泵浦，确保泵浦光能量密度低于晶体的破坏阈值。

通过外腔种子注入***V通过两个45°平面全反镜沿着激光谐振腔的一路激光输出进行注入，可以获得钛宝石谐振腔的行波运转，获得窄线宽，高光束质量，高效的910nm激光输出，控制输出激光的线宽。

以下为此实例的具体实施参数：

泵浦用两套调Q的Nd:YAG激光器输出1064nm波长的单脉冲能量2000mJ，重复频率10Hz，脉宽约8ns。使用KTP晶体倍频，获得532nm绿光脉冲能量1000mJ。两块规格为φ10×20mm的钛宝石晶体，激光上能级寿命τ₀＝3.2μs，晶体对泵浦光的吸收系数α＝1.0cm^-1，量子效率90％，掺杂浓度N₀＝3.33×10¹⁹cm^-3。泵浦光通过泵浦耦合***调整到适合的光斑尺寸后从两钛宝石晶体的端面泵浦。谐振腔采用四镜环形腔，其中有一个平面全反镜、一个全反凹镜、两个平面全反切割镜组成，腔长1331mm。使用910nm单纵模的激光二极管作为种子光源进行外腔注入。根据四能级激光***的速率方程分析计算，在能量为1000mJ的532nm绿光泵浦时，可以获得此时谐振腔可以输出240mJ，脉宽为18ns的910nm脉冲激光输出，输出镜的最佳耦合输出率为74.4％。

经试用表明，本发明具有结构紧凑、体积小、效率高、寿命长，工作稳定等特点，可以用来倍频产生455nm的激光，在空间技术、大气污染检测及军事领域内有广泛的应用前景。

Claims (3)

1、一种高功率窄线宽全固态脉冲910nm激光***，包括激光泵浦***、钛宝石激光谐振腔(IV)和外腔种子光注入***(V)，其特征在于所述的钛宝石激光谐振腔(IV)是依次由一块输入输出平面镜(1)、第一平面反射镜(2)、一块凹面反射镜(4)和第二平面反射镜(3)组成的四镜环形腔结构，在所述的凹面反射镜(4)的两光臂上分别置放第一钛宝石晶体(5)和第二钛宝石晶体(6)，所述的激光泵浦***由调Q的Nd:YAG激光器(I)、倍频器(II)和泵浦光束整形及耦合***(III)组成，该激光泵浦***输出的532nm泵浦光分别从所述的第一钛宝石晶体(5)和第二钛宝石晶体(6)的端面注入；所述的外腔种子光注入***(V)包括波长为910nm的激光二极管，该激光二极管发出的910nm激光由所述的输入输出平面镜(1)注入。

2、根据权利要求1所述的高功率窄线宽的全固态脉冲910nm激光***，其特征在于所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的中心轴线分别垂直于所述的第一钛宝石晶体的晶轴和所述的第二钛宝石晶体的晶轴，所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的各自的两通光端面以布儒斯特角切割，且所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的各自的两通光端面的法线分别与所述的第一钛宝石晶体的晶轴和所述的第二钛宝石晶体的晶轴处于同一平面内，泵浦光与所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的各自的通光端面的法线成61.2°夹角，振荡光出射方向与所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的各自的通光端面的法线成60.4°夹角，泵浦光经过望远镜***整形后，对所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体进行双端泵浦，确保泵浦光能量密度低于所述的第一钛宝石晶体和第二钛宝石晶体的破坏阈值。

3、根据权利要求1所述的高功率窄线宽的全固态脉冲910nm激光***，其特征在于所述的激光泵浦***由一套或两套调Q的Nd:YAG激光器(I)、倍频器(II)和泵浦光束整形及耦合***(III)组成。

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