CN102842842B - 高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器 - Google Patents
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Abstract
高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，涉及一种固体激光器。它是为了解决现有的1.94μmTm:YLF激光器难以实现高功率激光输出的问题。该激光器由体光栅、Tm:YLF激光晶体、45°1.94μm全反镜、F-P标准具及1.94μm激光输出耦合镜组成，四泵浦光分别透过三个45°1.94μm全反镜入射两块Tm:YLF激光晶体，一号45°1.94μm全反镜放置在体光栅后面，一号Tm:YLF激光晶体放置在一号45°1.94μm全反镜后面，一号Tm:YLF激光晶体后面放置二号45°1.94μm全反镜，二号45°1.94μm全反镜之后放置二号Tm:YLF激光晶体，二号Tm:YLF激光晶体放置在三号45°1.94μm全反镜，三号45°1.94μm全反镜之后放置F-P标准具，F-P标准具之后放置1.94μm激光输出耦合镜。本发明适用于提供高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器。
背景技术
1.94μm激光位于水分子的强吸收峰附近，而且可以在光纤中传输，所以该波段激光可以作为医用激光手术刀的光源，在激光医疗方面有着重要的应用价值。Tm:YLF晶体在1.94μm附近有较强的增益，适合作为产生1.94μm激光的增益介质。自由运转的1.94μm的输出光谱较宽，并且输出功率不稳定，对外界环境的影响较为敏感，难以实现高功率的激光输出。
发明内容
本发明是为了解决现有的1.94μmTm:YLF激光器难以实现高功率激光输出的问题，从而提供一种高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器。
高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，它包括体光栅、一号全反镜、二号全反镜、三号全反镜、一号Tm:YLF激光晶体、二号Tm:YLF激光晶体、F-P标准具和1.94μm激光输出耦合镜；
***入射的一号泵浦光经一号全反镜透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体，被一号Tm:YLF激光晶体的吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜，经二号全反镜反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体，经二号Tm:YLF激光晶体透射后入射至三号全反镜，经三号全反镜反射至F-P标准具，经所述F-P标准具透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜耦合后输出；
***入射的二号泵浦光经二号全反镜透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体，经一号Tm:YLF激光晶体吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至一号全反镜，经所述一号全反镜反射至体光栅，经所述体光栅反射回一号全反镜，经所述一号全反镜反射至一号Tm:YLF激光晶体，经一号Tm:YLF激光晶体的透射后入射至二号全反镜，经二号全反镜反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体，经二号Tm:YLF激光晶体透射后入射至三号全反镜，经三号全反镜反射至F-P标准具，经所述F-P标准具透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜耦合后输出；
***入射的二号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴重合；
***入射的三号泵浦光经二号全反镜透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体，经二号Tm:YLF激光晶体吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至三号全反镜，经所述三号全反镜反射至F-P标准具，经所述F-P标准具透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜耦合后输出；
***入射的三号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴垂直；
***入射的四号泵浦光经三号全反镜透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体，经二号Tm:YLF激光晶体吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜，经所述二号全反镜反射至一号Tm:YLF激光晶体，经一号Tm:YLF激光晶体的透射后入射至一号全反镜，经所述一号全反镜反射至体光栅，经所述体光栅反射回一号全反镜，经所述一号全反镜反射至一号Tm:YLF激光晶体，经一号Tm:YLF激光晶体的透射后入射至二号全反镜，经二号全反镜反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体，经二号Tm:YLF激光晶体透射后入射至三号全反镜，经三号全反镜反射至F-P标准具，经所述F-P标准具透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜耦合后输出；
***入射的四号泵浦光的光轴与***入射的三号泵浦光的光轴重合。
本发明采用体光栅与F-P标准具作为波长限制元件元件，从而同时实现窄线宽、高功率的1.94μm激光输出。并且，全固化的1.94μm激光器具有结构紧凑、效率高、稳定性好等优点，非常便于在实际应用中的操作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，它包括体光栅1、一号全反镜2、二号全反镜4、三号全反镜6、一号Tm:YLF激光晶体3、二号Tm:YLF激光晶体5、F-P标准具7和1.94μm激光输出耦合镜8；
***入射的一号泵浦光经一号全反镜2透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体3，经一号Tm:YLF激光晶体3吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜4，经二号全反镜4反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体5，经二号Tm:YLF激光晶体5透射后入射至三号全反镜6，经三号全反镜6反射至F-P标准具7，经所述F-P标准具7透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜8耦合后输出；
***入射的二号泵浦光经二号全反镜4透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体3，经一号Tm:YLF激光晶体3吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至一号全反镜2，经所述一号全反镜2反射至体光栅1，经所述体光栅1反射回一号全反镜2，经所述一号全反镜2反射至一号Tm:YLF激光晶体3，经一号Tm:YLF激光晶体3的透射后入射至二号全反镜4，经二号全反镜4反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体5，经二号Tm:YLF激光晶体5透射后入射至三号全反镜6，经三号全反镜6反射至F-P标准具7，经所述F-P标准具7透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜8耦合后输出；
***入射的二号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴重合；
***入射的三号泵浦光经二号全反镜4透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体5，经二号Tm:YLF激光晶体5吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至三号全反镜6，经所述三号全反镜6反射至F-P标准具7，经所述F-P标准具7透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜8耦合后输出；
***入射的三号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴垂直；
***入射的四号泵浦光经三号全反镜6透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体5，经二号Tm:YLF激光晶体5吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜4，经所述二号全反镜4反射至一号Tm:YLF激光晶体3，经一号Tm:YLF激光晶体3的透射后入射至一号全反镜2，经所述一号全反镜2反射至体光栅1，经所述体光栅1反射回一号全反镜2，经所述一号全反镜2反射至一号Tm:YLF激光晶体3，经一号Tm:YLF激光晶体3的透射后入射至二号全反镜4，经二号全反镜4反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体5，经二号Tm:YLF激光晶体5透射后入射至三号全反镜6，经三号全反镜6反射至F-P标准具7，经所述F-P标准具7透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜8耦合后输出；
***入射的四号泵浦光的光轴与***入射的三号泵浦光的光轴重合。
工作原理：本发明由该激光器由体光栅1、3个45°1.94μm全反镜（一号全反镜2、二号全反镜4、三号全反镜6、2个Tm:YLF激光晶体（一号Tm:YLF激光晶体3、二号Tm:YLF激光晶体5）、F-P标准具7及1.94μm激光输出耦合镜8组成，四路泵浦光分别透过45°1.94μm全反镜（一号全反镜2、二号全反镜4、三号全反镜6）入射到2个Tm:YLF激光晶体（一号Tm:YLF激光晶体3、二号Tm:YLF激光晶体5），体光栅1后面放置45°1.94μm全反镜（一号全反镜2），45°1.94μm全反镜（一号全反镜2）后面放置Tm:YLF激光晶体（一号Tm:YLF激光晶体3），Tm:YLF激光晶体（一号Tm:YLF激光晶体3）后面放置45°1.94μm全反镜（二号全反镜4），45°1.94μm全反镜（二号全反镜4）后面放置Tm:YLF激光晶体（二号Tm:YLF激光晶体5），Tm:YLF激光晶体（二号Tm:YLF激光晶体5）后面放置45°1.94μm全反镜（三号全反镜6），45°1.94μm全反镜（三号全反镜6）之后放置F-P标准具7，F-P标准具7之后放置1.94μm激光输出耦合镜8。体光栅1强制激光器运行在1.94μm，并压缩激光的线宽，调谐F-P标准具7的角度，将激光波长微调谐至1940.4nm，并进一步压缩激光线宽，1.94μm激光输出耦合镜8输出高功率窄线宽的1.94μm波段红外激光。
本发明获得高功率窄线宽的1.94μm激光输出；采用全固化设计，结构紧凑，稳定性好。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，体光栅1上镀有1.94μm高透膜。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，体光栅1的反射波长为1940nm，反射谱的半峰全宽小于1nm。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，一号全反镜2、二号全反镜4和三号全反镜6均镀有泵浦光高透且1.94μm激光高反膜。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，一号全反镜2、二号全反镜4和三号全反镜6均为直径10mm、厚2mm的平面镜。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，1.94μm激光输出耦合镜8为平凹镜。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，1.94μm激光输出耦合镜8的直径为10mm，曲率半径为200mm，并镀有对1.94μm透过率为40%的膜。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式一所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器的区别在于，F-P标准具7的厚度为0.5mm。
本发明的激光器的泵浦源采用的是与激光晶体吸收波长相匹配的半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦。由于铥(Tm)激光***的准三能级特性，Tm:YLF晶体的温度对激光器的效率有重要影响，所以需要对Tm:YLF晶体的工作温度进行控制。常温条件工作时可以使用热电制冷或水冷方法。1.94μm激光器谐振腔由体光栅、45°1.94μm激光全反镜及1.94μm激光输出镜组成。所述的体光栅在激光振荡波长1.94μm处的反射率大于99%，对体光栅镀1.94μm高透膜，所述的45°1.94μm激光全反镜为平镜，镀泵浦光高透且1.94μm高反膜，所述1.94μm激光输出镜为平凹镜。在谐振腔内***一个F-P标准具以保证激光器有高的光束质量。
利用波长为792nm的半导体激光器泵浦Tm:YLF晶体能够获得1.94μm波段激光。Tm:YLF晶体是激光增益介质，在1940nm处有强的发射峰，为与之相匹配，体光栅设计的反射波长为1940nm,反射谱的半峰全宽小于1nm。45°全反镜为直径10mm、厚2mm的平面镜，一面镀45度792nm高透膜，另一面镀45度792nm高透且1.94μm高反膜。输出镜直径10mm,曲率半径200mm，镀对1.94μm透过率为40%的膜。使用热电制冷或水冷方法，保证激光器稳定运行。在谐振腔内***一个0.5mm厚的F-P标准具将激光波长微调谐至1940.4nm，并进一步压缩激光输出线宽。
采用上述结构，用160W的792nm半导体激光器泵浦Tm:YLF晶体可以获得50W连续波近衍射极限的窄线宽1940nm激光输出。
Claims (8)
1.高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征是：它包括体光栅（1）、一号全反镜（2）、二号全反镜（4）、三号全反镜（6）、一号Tm:YLF激光晶体（3）、二号Tm:YLF激光晶体（5）、F-P标准具（7）和1.94μm激光输出耦合镜（8）；
***入射的一号泵浦光经一号全反镜（2）透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体（3），经一号Tm:YLF激光晶体（3）吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜（4），经二号全反镜（4）反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体（5），经二号Tm:YLF激光晶体（5）透射后入射至三号全反镜（6），经三号全反镜（6）反射至F-P标准具（7），经所述F-P标准具（7）透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜（8）耦合后输出；
***入射的二号泵浦光经二号全反镜（4）透射后入射至一号Tm:YLF激光晶体（3），经一号Tm:YLF激光晶体（3）吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至一号全反镜（2），经所述一号全反镜（2）反射至体光栅（1），经所述体光栅（1）反射回一号全反镜（2），经所述一号全反镜（2）反射至一号Tm:YLF激光晶体（3），经一号Tm:YLF激光晶体（3）的透射后入射至二号全反镜（4），经二号全反镜（4）反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体（5），经二号Tm:YLF激光晶体（5）透射后入射至三号全反镜（6），经三号全反镜（6）反射至F-P标准具（7），经所述F-P标准具（7）透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜（8）耦合后输出；
***入射的二号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴重合；
***入射的三号泵浦光经二号全反镜（4）透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体（5），经二号Tm:YLF激光晶体（5）吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至三号全反镜（6），经所述三号全反镜（6）反射至F-P标准具（7），经所述F-P标准具（7）透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜（8）耦合后输出；
***入射的三号泵浦光的光轴与***入射的一号泵浦光的光轴垂直；
***入射的四号泵浦光经三号全反镜（6）透射后入射至二号Tm:YLF激光晶体（5），经二号Tm:YLF激光晶体（5）吸收后产生1.94μm激光辐射，1.94μm激光入射至二号全反镜（4），经所述二号全反镜（4）反射至一号Tm:YLF激光晶体（3），经一号Tm:YLF激光晶体（3）的透射后入射至一号全反镜（2），经所述一号全反镜（2）反射至体光栅（1），经所述体光栅（1）反射回一号全反镜（2），经所述一号全反镜（2）反射至一号Tm:YLF激光晶体（3），经一号Tm:YLF激光晶体（3）的透射后入射至二号全反镜（4），经二号全反镜（4）反射获得反射光，所述反射光入射至二号Tm:YLF激光晶体（5），经二号Tm:YLF激光晶体（5）透射后入射至三号全反镜（6），经三号全反镜（6）反射至F-P标准具（7），经所述F-P标准具（7）透射后入射至1.94μm激光输出耦合镜（8）耦合后输出；
***入射的四号泵浦光的光轴与***入射的三号泵浦光的光轴重合。
2.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于体光栅（1）上镀有1.94μm高透膜。
3.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于体光栅（1）的反射波长为1940nm，反射谱的半峰全宽小于1nm。
4.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于一号全反镜（2）、二号全反镜（4）和三号全反镜（6）均镀有泵浦光高透且1.94μm激光高反膜。
5.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于一号全反镜（2）、二号全反镜（4）和三号全反镜（6）均为直径10mm、厚2mm的平面镜。
6.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于1.94μm激光输出耦合镜（8）为平凹镜。
7.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于1.94μm激光输出耦合镜（8）的直径为10mm，曲率半径为200mm，并镀有对1.94μm透过率为40%的膜。
8.根据权利要求1所述的高功率窄线宽的1.94μmTm:YLF激光器，其特征在于F-P标准具（7）的厚度为0.5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |