CN104752949A - 同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 - Google Patents
同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104752949A CN104752949A CN201510096800.2A CN201510096800A CN104752949A CN 104752949 A CN104752949 A CN 104752949A CN 201510096800 A CN201510096800 A CN 201510096800A CN 104752949 A CN104752949 A CN 104752949A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mirror
- diffraction
- hollow
- yag
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 78
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 17
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 15
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 11
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置属于激光技术领域。已知技术不能对衍射面处的空心光束的相位进行补偿；只能产生一种波长的空心激光。本发明其特征在于，衍射整形全反镜、Nd:YAG实心晶体、衍射光学元件、折转镜沿光轴A依次光学同轴排布，LD泵浦源位于衍射整形全反镜外侧，衍射整形全反镜由光学平行平板内附整形衍射光学元件构成，衍射光学元件由光学平行平板内附相位补偿衍射光学元件构成，折转镜位于衍射光学元件外侧；全反镜、折转镜、Nd:YAG空心晶体、输出镜沿光轴B依次光学同轴排布；折转镜同时与光轴A、光轴B呈45°角，折转镜全反射由Nd:YAG实心晶体产生的谐振光，折转镜全透射由Nd:YAG空心晶体产生的谐振光；光轴A与光轴B相交且垂直。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置，由带有衍射光学元件的Nd:YAG激光谐振腔产生946nm准三能级空心激光，再利用该946nm空心激光于腔内泵浦具有中心通孔的Nd:YAG激光晶体，获得1064nm四能级空心激光输出，从而实现946nm和1064nm双波长连续空心激光的同时输出，属于激光技术领域。
背景技术
由于空心激光具有一系列特殊的物理性质，如强度呈圆筒形分布、无衍射效应等，这使得空心激光在激光光学、光信息处理、生物医学等领域中有着广泛的应用。
在有些领域需要同时使用946nm和1064nm两个波长的连续空心激光，例如，在激光加工领域，对于材质不同的加工对象就需要采用不同波长的激光；再如，在生物医学领域，由于激光照射治疗作用深度要求不同，采用的激光的波长也不同；还有就是在激光的和频、差频处理上同时也需要不同的波长的激光。
双波长连续空心激光的获得与二元光学理论和技术的发展密切相关，核心原件为DOE(Diffractive OpticalElements，衍射光学元件)。与本发明相关的一种已知技术由刊登在物理学报53(6)：1777～1781，2004，一篇题为“一种新空心光束的理论及实验研究”的论文所公开。该技术是一种利用以衍射光学元件为反射镜的谐振腔获得空心激光的方案，如图1所示，M1和M2都是一种圆形反射镜，中心为光阑，光阑半径都为1mm。作为谐振腔的两端，M1为输出平面镜，M2为具有某一反射率分布的衍射光学元件，M1和M2的口径为1mm，腔长L为500mm，构成了一种灯泵Nd:YAG激光器。所述已知技术有以下两点不足：其一，由于该方案仅使用一个衍射光学元件，因此，不能对衍射面处的空心光束的相位进行补偿，远离像面的光斑就会偏离空心激光分布；其二，只能产生一种波长的空心激光。
发明内容
为了同时获得双波长连续空心激光输出，并且，所述空心激光能够得到相位补偿，我们发明了一种同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置。
本发明之同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置其特征在于，如图2所示，衍射整形全反镜2、Nd:YAG实心晶体3、衍射光学元件4、折转镜6沿光轴A依次光学同轴排布，LD泵浦源1位于衍射整形全反镜2外侧，衍射整形全反镜2由光学平行平板内附整形衍射光学元件构成，衍射光学元件4由光学平行平板内附相位补偿衍射光学元件构成，折转镜6位于衍射光学元件4外侧；全反镜5、折转镜6、Nd:YAG空心晶体7、输出镜8沿光轴B依次光学同轴排布；折转镜6同时与光轴A、光轴B呈45°角，折转镜6全反射由Nd:YAG实心晶体3产生的谐振光，折转镜6全透射由Nd:YAG空心晶体7产生的谐振光；光轴A与光轴B相交且垂直。
实际上本发明之同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置由两个谐振腔构成。第一谐振腔由衍射整形全反镜2、Nd:YAG实心晶体3、输出镜8构成，其中衍射整形全反镜2作为该谐振腔的全反镜，输出镜8作为该谐振腔的半反镜，Nd:YAG实心晶体3为该谐振腔的激光工作物质。第二谐振腔由全反镜5、Nd:YAG空心晶体7、输出镜8构成，全反镜5作为该谐振腔的全反镜，输出镜8作为该谐振腔的半反镜，Nd:YAG空心晶体7为该谐振腔的激光工作物质。第一谐振腔与第二谐振腔相交于折转镜6，共用一个半反镜即输出镜8，且第二谐振腔的激光工作物质即Nd:YAG空心晶体7同时位于第一谐振腔中。LD泵浦源1为第一谐振腔的泵浦。
本发明之同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置的工作状态为，由LD泵浦源1发出的半导体激光透过衍射整形全反镜2泵浦Nd:YAG实心晶体3，产生的谐振光在衍射整形全反镜2与输出镜8之间振荡，振荡光路以光轴A和光轴B为轴，并在折转镜6处折转。同时，所述谐振光由衍射整形全反镜2整形为空心光束，并由衍射光学元件4相位补偿。被整形为空心光束并得到相位补偿的谐振光通过振荡不断正反馈并被不断放大，该谐振光的一部分作为一种波长的连续空心激光自输出镜8输出。该谐振光的其余部分作为第二谐振腔的泵浦光，泵浦Nd:YAG空心晶体7，由于该泵浦光为空心光束，Nd:YAG空心晶体7也具有空心结构，因此，在该泵浦光的泵浦能量得到充分利用的同时，产生空心谐振光。该空心谐振光在全反镜5与输出镜8之间振荡，振荡光路以光轴B为轴。该空心谐振光通过振荡不断正反馈并被不断放大，作为另一种波长的连续空心激光自输出镜8输出。
在光学平行平板上镀制某种波长光的全反膜或者增透膜，以及在光学平行平板上通过刻划、镀膜工艺制作衍射光学元件，都是现有技术中的成熟技术。现有衍射光学元件技术几乎能够对激光光束能量分布进行任意整形，包括环形；还能够通过相位取反技术，实现经衍射的激光光束的相位补偿。在此基础上，结合本发明之方案，本发明之目的得以全面实现。
本发明还获得多项附带技术效果。第二谐振腔的激光工作物质即Nd:YAG空心晶体7嵌入到第一谐振腔中，使得本发明之装置结构简单、紧凑。将第一谐振腔产生的谐振光的一部分作为第二谐振腔的泵浦光的方式为腔内泵浦方式，该方式能够从根本上避免现有技术通过单一激光晶体产生双波长激光时的增益竞争问题；腔内泵浦方式属于热助推泵浦，该种方式能够有效缓解激光器的热效应，进而能够提高双波长连续激光输出的稳定性。
附图说明
图1是现有以衍射光学元件为反射镜的谐振腔结构示意图。图2是本发明之同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置的结构示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置其具体方案如下所述。如图2所示，衍射整形全反镜2、Nd:YAG实心晶体3、衍射光学元件4、折转镜6沿光轴A依次光学同轴排布，LD泵浦源1位于衍射整形全反镜2外侧，LD泵浦源1为输出波长为808nm的半导体激光器；衍射整形全反镜2由光学平行平板内附整形衍射光学元件构成，衍射光学元件4由光学平行平板内附相位补偿衍射光学元件构成，折转镜6位于衍射光学元件4外侧。由Nd:YAG实心晶体3产生的谐振光的波长为946nm。Nd:YAG实心晶体3的尺寸为Φ5×8mm3，掺杂浓度为1.1at％，并且两个通光端面镀透射率大于99.9％的808nm增透膜。
全反镜5、折转镜6、Nd:YAG空心晶体7、输出镜8沿光轴B依次光学同轴排布。由Nd:YAG空心晶体7产生的谐振光的波长为1064nm。全反镜5朝向折转镜6的镜面镀反射率大于99.9％的1064nm激光高反膜。Nd:YAG空心晶体7的轮廓尺寸为Φ5×10mm3，中心通孔直径为Φ3mm，掺杂浓度为1at％，并且两个通光端面镀透射率大于99.9％的1064nm增透膜。输出镜8朝向Nd:YAG空心晶体7的镜面同时镀透射率为5％的946nm透射膜、透射率为3％的1064nm透射膜，输出镜8另一镜面镀透射率均大于99.9％的946nm和1064nm增透膜。
衍射整形全反镜2的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的808nm泵浦光和1064nm激光增透膜，且朝向Nd:YAG实心晶体3的镜面同时镀一阶贝塞尔函数形式的946nm激光反射膜，由Nd:YAG实心晶体3产生的946nm谐振光被衍射整形全反镜2整形，并在衍射光学元件4处形成内径为3mm、外径为5mm的空心光束。衍射光学元件4的相位分布为经过该处所述空心光束的相位取反，所述相位取反通过激光刻蚀技术实现，且衍射光学元件4的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的946nm增透膜。
折转镜6同时与光轴A、光轴B呈45°角，折转镜6全反射由Nd:YAG实心晶体3产生的谐振光，折转镜6全透射由Nd:YAG空心晶体7产生的谐振光。折转镜6的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的1064nm增透膜，且朝向衍射光学元件4的镜面镀反射率大于99.9％的946nm高反膜。
光轴A与光轴B相交且垂直。
所述具体方案的工作状态如下所述。由LD泵浦源1发出的808nm半导体激光透过衍射整形全反镜2泵浦Nd:YAG实心晶体3，产生4F3/2-4I9/2跃迁，获得的946nm准三能级谐振光在衍射整形全反镜2与输出镜8之间振荡，振荡光路以光轴A和光轴B为轴，并在折转镜6处折转。同时，所述946nm谐振光由衍射整形全反镜2衍射整形为空心光束，并由衍射光学元件4相位补偿，使其变成平面波。被整形为空心光束并得到相位补偿的谐振光通过振荡不断正反馈并被不断放大，该谐振光的一部分作为一种波长为946nm的连续空心激光自输出镜8输出。该谐振光的其余部分作为第二谐振腔的泵浦光，泵浦Nd:YAG空心晶体7，产生4F3/2-4I11/2跃迁，由于该泵浦光为空心光束，Nd:YAG空心晶体7也具有空心结构，且尺寸匹配，因此，在该泵浦光的泵浦能量得到充分利用的同时，产生1064nm空心谐振光。该1064nm空心谐振光在全反镜5与输出镜8之间振荡，振荡光路以光轴B为轴。该空心谐振光通过振荡不断正反馈并被不断放大，作为另一种波长为1064nm的连续空心激光自输出镜8输出。虽然Nd:YAG空心晶体7对腔内的946nm准三能级谐振光吸收系数较小，但是，较大的腔内功率也能产生较高的吸收。并且，由于946nm准三能级谐振光和1064nm四能级谐振光在各自的增益介质中产生，因此，能够从根本上避免模式增益竞争问题。另外，采用946nm准三能级谐振光泵浦Nd:YAG空心晶体7属于热助推泵浦方式，该种方式能减少泵浦光光子和激光光子之间的斯托克斯频移，提高斯托克斯效率，将激射过程中产生的废热降低，能有效缓解激光增益介质中的废热，进而能够实现稳定的双波长连续输出。
Claims (2)
1.一种同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置，其特征在于，衍射整形全反镜(2)、Nd:YAG实心晶体(3)、衍射光学元件(4)、折转镜(6)沿光轴A依次光学同轴排布，LD泵浦源(1)位于衍射整形全反镜(2)外侧，衍射整形全反镜(2)由光学平行平板内附整形衍射光学元件构成，衍射光学元件(4)由光学平行平板内附相位补偿衍射光学元件构成，折转镜(6)位于衍射光学元件(4)外侧；全反镜(5)、折转镜(6)、Nd:YAG空心晶体(7)、输出镜(8)沿光轴B依次光学同轴排布；折转镜(6)同时与光轴A、光轴B呈45°角，折转镜(6)全反射由Nd:YAG实心晶体(3)产生的谐振光，折转镜(6)全透射由Nd:YAG空心晶体(7)产生的谐振光；光轴A与光轴B相交且垂直。
2.根据权利要求1所述的同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置，其特征在于，
LD泵浦源(1)为输出波长为808nm的半导体激光器；
衍射整形全反镜(2)的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的808nm泵浦光和1064nm激光增透膜，且朝向Nd:YAG实心晶体(3)的镜面同时镀一阶贝塞尔函数形式的946nm激光反射膜；
Nd:YAG实心晶体(3)的尺寸为Φ5×8mm3，掺杂浓度为1.1at％，并且两个通光端面镀透射率大于99.9％的808nm增透膜；
衍射光学元件(4)的相位分布为经过该处空心光束的相位取反，所述相位取反通过激光刻蚀技术实现，且衍射光学元件(4)的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的946nm增透膜；
全反镜(5)朝向折转镜(6)的镜面镀反射率大于99.9％的1064nm激光高反膜；
折转镜(6)的两个通光镜面镀透射率大于99.9％的1064nm增透膜，且朝向衍射光学元件(4)的镜面镀反射率大于99.9％的946nm高反膜；
Nd:YAG空心晶体(7)的轮廓尺寸为Φ5×10mm3，中心通孔直径为Φ3mm，掺杂浓度为1at％，并且两个通光端面镀透射率大于99.9％的1064nm增透膜；
输出镜(8)朝向Nd:YAG空心晶体(7)的镜面同时镀透射率为5％的946nm透射膜、透射率为3％的1064nm透射膜，输出镜(8)另一镜面镀透射率均大于99.9％的946nm和1064nm增透膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510096800.2A CN104752949B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510096800.2A CN104752949B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104752949A true CN104752949A (zh) | 2015-07-01 |
| CN104752949B CN104752949B (zh) | 2018-01-02 |
Family
ID=53592243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510096800.2A Expired - Fee Related CN104752949B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104752949B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110932075B (zh) * | 2019-05-09 | 2021-09-17 | 长春理工大学 | 一种双波长脉冲对激光输出方法及激光器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304612A (ja) * | 1996-05-10 | 1997-11-28 | Nippon Steel Corp | バイナリーオプティックス |
| US5986807A (en) * | 1997-01-13 | 1999-11-16 | Xerox Corporation | Single binary optical element beam homogenizer |
| CN2704144Y (zh) * | 2002-10-31 | 2005-06-08 | 迈克罗拉斯激光***股份公司 | 结合多个激光束的激光*** |
-
2015
- 2015-03-05 CN CN201510096800.2A patent/CN104752949B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304612A (ja) * | 1996-05-10 | 1997-11-28 | Nippon Steel Corp | バイナリーオプティックス |
| US5986807A (en) * | 1997-01-13 | 1999-11-16 | Xerox Corporation | Single binary optical element beam homogenizer |
| CN2704144Y (zh) * | 2002-10-31 | 2005-06-08 | 迈克罗拉斯激光***股份公司 | 结合多个激光束的激光*** |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SI LU ET AL.: "Semiconductor laser diode to single-mode fiber coupling using diffractive optical elements", 《OPTICS COMMUNICATIONS》 * |
| 张蕾等: "一种新空心光束的理论及实验研究", 《物理学报》 * |
| 董渊等: "输出镜透过率对腔内泵浦双波长激光器热透镜效应的影响研究", 《中国科技论文在线》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110932075B (zh) * | 2019-05-09 | 2021-09-17 | 长春理工大学 | 一种双波长脉冲对激光输出方法及激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104752949B (zh) | 2018-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2020207434A1 (zh) | 激光器和激光雷达 | |
| JP4984104B2 (ja) | 受動モードロックピコ秒レーザー | |
| CN102684061B (zh) | 一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器 | |
| CN107681426B (zh) | 一种偏振连续可调的柱对称矢量光固体激光器 | |
| Danielewicz et al. | Hybrid output mirror for optically pumped far infrared lasers | |
| CN105006732A (zh) | 中小功率ld并联泵浦高功率绿光激光器 | |
| CN105958313B (zh) | 基于CrOCl晶体的激光脉冲调制器及其在全固态激光器中的应用 | |
| CN103872576A (zh) | 一种近共心稳定腔气体拉曼激光器 | |
| CN103872575A (zh) | 一种yag泵浦的共焦非稳腔气体拉曼激光器 | |
| CN103326224B (zh) | 一种径向偏振光束激光器 | |
| CN203536721U (zh) | 一种输出空心激光光束的装置 | |
| CN103199427B (zh) | 一种内腔单谐振光学参量振荡器 | |
| Xia et al. | Radially polarized, actively Q-switched, and end-pumped Nd: YAG laser | |
| CN103151700B (zh) | 一种具有多波长输出的角动量可调谐全固态激光器 | |
| CN106451058B (zh) | 一种激光横模模式可调控被动调q微片激光器 | |
| CN102332676A (zh) | 一种中红外光纤激光器 | |
| CN113594842A (zh) | 一种铒掺杂激光器超短脉冲产生装置及方法 | |
| CN104752949A (zh) | 同时输出得到了相位补偿的双波长连续空心激光的装置 | |
| CN109638631B (zh) | 一种外腔半导体激光阵列相干合束方法和装置 | |
| CN101179175A (zh) | 具有高峰值功率激光二极管泵浦固体激光器 | |
| CN108173110B (zh) | 百赫兹百纳秒大能量激光器 | |
| CN212725943U (zh) | 功率任意可调的高耦合效率千瓦级光纤输出纳秒激光器 | |
| CN114784606A (zh) | 拉盖尔高斯光束产生装置及方法 | |
| CN109659803B (zh) | 一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器 | |
| CN113904208A (zh) | 一种高纯度拉盖尔高斯光束产生***及其产生方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180102 |