CN108963741B - 双晶体绿光激光器 - Google Patents

Abstract

一种双晶体绿光激光器，包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一聚焦组件、第二聚焦组件、谐振组件、第一激光晶体、第二激光晶体、调Q晶体、及倍频晶体；谐振组件构成激光谐振腔；输出低重复频率的532nm脉冲光时，第一泵浦激光器输出泵浦光，第一激光晶体产生1064nm激光；输出高重复频率的532nm脉冲光时，第二泵浦激光器输出泵浦光，第二激光晶体产生1064nm激光；在调Q晶体及倍频晶体的调制下，激光谐振腔内形成532nm脉冲光，输出激光谐振腔外；通过第一激光晶体与第二激光晶体在能级寿命上的差异，从而能使单个激光谐振腔在低重复频率输出与高重复频率输出之间切换时，输出的532nm脉冲光功率保持稳定。

Description

双晶体绿光激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种双晶体绿光激光器。

背景技术

激光是近代科学技术中的重大发明之一，其中，端面泵浦的532nm激光应用于冷加工领域，在金属、非金属以及精密加工中的应用价值尤其突出。由于端泵可获得较高的光束质量，获取光束质量优良，能长效稳定运行的端泵绿光激光，对日渐增长的激光加工行业，意义重大。

市面上端面泵浦激光器一般单端泵浦或者双端泵浦激光晶体，然后利用调Q元件进行谐振腔调节形成脉冲光。在实际应用时，高频低频的参数能进行不同工作，利用传统方式形成的脉冲光平均功率在不同频率下会有变化，无法同时在高重复频率和低重复频率下都有较好的功率稳定性，导致高重复频率和低重复频率的532nm脉冲光需由不同的设备输出，导致激光加工的设备投入成本提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种在高重复频率和低重复频率能稳定输出532nm脉冲光的双晶体绿光激光器。

一种双晶体绿光激光器，其特征在于，包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、与所述第一泵浦激光器对应的第一聚焦组件、与所述第二泵浦激光器对应的第二聚焦组件、谐振组件、第一激光晶体、第二激光晶体、调Q晶体、及倍频晶体；所述谐振组件包括第一前端镜、第二前端镜、转折镜、第一尾端镜、及第二尾端镜；所述第一前端镜、所述第二前端镜、所述转折镜、所述第一尾端镜、及第二尾端镜构成激光谐振腔；所述第一前端镜与所述第二前端镜对应设置；所述转折镜分别与所述第一前端镜、所述第一尾端镜对应设置；所述第二尾端镜与所述第二前端镜对应设置；所述第一激光晶体、所述第二激光晶体设置在所述第一前端镜与所述第二前端镜之间；所述调Q晶体及所述倍频晶体设置在所述激光谐振腔内；输出低重复频率的532nm脉冲光时，所述第一泵浦激光器输出泵浦光，所述第一泵浦激光器输出的泵浦光经所述第一聚焦组件聚焦到所述第一激光晶体，所述第一激光晶体在所述激光谐振腔内产生1064nm激光；由所述第一激光晶体产生的1064nm激光透射所述第二激光晶体；输出高重复频率的532nm脉冲光时，所述第二泵浦激光器输出泵浦光，所述第二泵浦激光器输出的泵浦光经所述第二聚焦组件聚焦到所述第二激光晶体，所述第二激光晶体在所述激光谐振腔内产生1064nm激光；由所述第二激光晶体产生的1064nm激光透射所述第一激光晶体；在所述调Q晶体的调制下，所述激光谐振腔内形成1064nm脉冲光，1064nm脉冲光经过所述倍频晶体时，部分1064nm脉冲光转换为532nm脉冲光；532nm脉冲激光透射所述转折镜，输出到所述激光谐振腔外。

上述双晶体绿光激光器，通过在输出低重复频率的532nm脉冲光时，由第一泵浦激光器输出泵浦光，第一激光晶体产生1064nm激光，在输出高重复频率的532nm脉冲光时，由第二泵浦激光器输出泵浦光，第二激光晶体产生1064nm激光，通过第一激光晶体与第二激光晶体在能级寿命上的差异，从而能使单个激光谐振腔在低重复频率输出与高重复频率输出之间切换时，输出的532nm脉冲光功率保持稳定，从而可利用单台激光加工的设备实现低重复频率及高重复频率532nm脉冲光的稳定输出。

在其中一个实施例中，所述第一激光晶体为Nd:YAG，所述第二激光晶体为Nd:YVO4。

在其中一个实施例中，所述第一激光晶体及所述第二激光晶体的双面镀1064nm增透膜。

在其中一个实施例中，所述第一激光晶体及所述第二激光晶体的双面镀808/880nm增透膜。

在其中一个实施例中，还包括光阑，所述光阑上设有通光孔，所述通光孔处于所述第一激光晶体与所述第二激光晶体之间。

在其中一个实施例中，还包括光纤组件，所述光纤组件包括第一传输光纤及第二传输光纤；所述第一泵浦激光器耦合所述第一传输光纤输出泵浦光，所述第二泵浦激光器耦合所述第二传输光纤输出泵浦光。

在其中一个实施例中，所述光纤组件还包括与所述第一聚焦组件对应设置的第一固定件，所述第一传输光纤的输出端固定在所述第一固定件上。

在其中一个实施例中，所述光纤组件还包括与所述第二聚焦组件对应设置的第二固定件，所述第二传输光纤的输出端固定在所述第二固定件上。

在其中一个实施例中，所述第一聚焦组件包括第一平凸透镜及第二平凸透镜，所述第一平凸透镜的凸面与所述第二平凸透镜的凸面相对。

在其中一个实施例中，所述第二聚焦组件包括第三平凸透镜及第四平凸透镜，所述第三平凸透镜的凸面与所述第四平凸透镜的凸面相对。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的双晶体绿光激光器的结构图；

图2为图1所示的双晶体绿光激光器输出的脉冲光的功率、脉宽与重复频率之间的关系曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，为本发明一较佳实施方式的双晶体绿光激光器100，用于输出532nm脉冲光。该双晶体绿光激光器100包括第一泵浦激光器11、第二泵浦激光器12、与第一泵浦激光器11对应的第一聚焦组件21、与第二泵浦激光器12对应的第二聚焦组件22、谐振组件、第一激光晶体40、第二激光晶体50、调Q晶体60、及倍频晶体70；谐振组件包括第一前端镜31、第二前端镜32、转折镜33、第一尾端镜34、及第二尾端镜35；第一前端镜31、第二前端镜32、转折镜33、第一尾端镜34、及第二尾端镜35构成激光谐振腔；第一前端镜31与第二前端镜32对应设置；转折镜33分别与第一前端镜31、第一尾端镜34对应设置；第二尾端镜35与第二前端镜32对应设置；第一激光晶体40、第二激光晶体50设置在第一前端镜31与第二前端镜32之间；调Q晶体60及倍频晶体70设置在激光谐振腔内；输出低重复频率的532nm脉冲光时，第一泵浦激光器11输出808nm或者880nm泵浦光，第一泵浦激光器11输出的泵浦光经第一聚焦组件21聚焦到第一激光晶体40，第一激光晶体40吸收泵浦光能量后实现粒子数反转，在激光谐振腔内产生1064nm激光；由第一激光晶体40产生的1064nm激光透射第二激光晶体50；输出高重复频率的532nm脉冲光时，第二泵浦激光器12输出808nm或者880nm泵浦光，第二泵浦激光器12输出的泵浦光经第二聚焦组件22聚焦到第二激光晶体50，第二激光晶体50吸收泵浦光能量后实现粒子数反转，在激光谐振腔内产生1064nm激光；由第二激光晶体50产生的1064nm激光透射第一激光晶体40；在调Q晶体60的调制下，激光谐振腔内形成1064nm脉冲光，1064nm脉冲光经过倍频晶体70时，部分1064nm脉冲光转换为532nm脉冲光；532nm脉冲激光透射转折镜33，输出到激光谐振腔外。

通过在输出低重复频率的532nm脉冲光时，由第一泵浦激光器11输出泵浦光，第一激光晶体40产生1064nm激光，在输出高重复频率的532nm脉冲光时，由第二泵浦激光器12输出泵浦光，第二激光晶体50产生1064nm激光，通过第一激光晶体40与第二激光晶体50在能级寿命上的差异，从而能使单个激光谐振腔在低重复频率输出与高重复频率输出之间切换时，输出的532nm脉冲光功率保持稳定，从而可利用单台激光加工的设备实现低重复频率及高重复频率532nm脉冲光的稳定输出。

在其中一个实施方式中，为实现第一激光晶体40与第二激光晶体50低重复频率及高重复频率之间具有不同的上能级寿命，第一激光晶体40为Nd:YAG，第二激光晶体50为Nd:YVO4；由于Nd:YAG与Nd:YVO4的在能级寿命特性存在差异；Nd:YVO4的上能级寿命短，约90us-100us，Nd:YAG上能级寿命长，约230us，由于此特性的差异，Nd:YVO4在高频(大于40khz)下有比较好的激光输出，Nd:YAG在低频(小于20kHZ)下有比较好的激光输出，从而使激光谐振腔在低重复频率输出与高重复频率输出之间切换时，输出的532nm脉冲光功率保持稳定。

请参阅图2，在图2中，双晶体绿光激光器100输出的532nm脉冲光的平均功率为P、脉冲宽度为τ；在本实施方式中，在通过第二泵浦激光器12激活第二激光晶体50时，所输出的532nm脉冲光具有更小的脉宽，即在相同平均功率输出下，相对第一激光晶体40的运行效果，脉冲峰值更高；若通过第二激光晶体50在低重复频率下输出532nm脉冲光，则532nm脉冲光的功率下降严重，而通过第一激光晶体40在低重复频率下输出532nm脉冲光时，则能保持较大的脉冲能量。

进一步地，由于第一激光晶体40为Nd:YAG，第二激光晶体50为Nd:YVO4，且Nd:YAG与Nd:YVO4在脉冲宽度特性上存在差异，在需要高脉冲宽度的532nm脉冲光时，第一泵浦激光器11启动，第二泵浦激光器12停止，Nd:YAG晶体激活工作，从而输出高脉冲宽度的532nm脉冲光；在需要低脉冲宽度的532nm脉冲光时，第二泵浦激光器12启动，第一泵浦激光器11停止，Nd:YVO4晶体激活工作，从而输出低脉冲宽度的532nm脉冲光，从而可利用单台激光加工的设备实现低脉冲宽度及高脉冲宽度532nm脉冲光的稳定输出；在其他实施方式中，还可以是，第一激光晶体40为Nd:YVO4，第二激光晶体50为Nd:YAG。

在其中一个实施方式中，为减少1064nm激光经过第一激光晶体40或第二激光晶体50表面时的损耗，第一激光晶体40及第二激光晶体50的双面镀1064nm增透膜，从而减少1064nm激光的反射。

在其中一个实施方式中，为减少泵浦光经过第一激光晶体40或第二激光晶体50表面时的损耗，第一激光晶体40及第二激光晶体50的双面镀808/880nm增透膜，从而提高第一激光晶体40或第二激光晶体50对泵浦光的吸收。

请参阅图1，在其中一个实施方式中，为调节双晶体绿光激光器100的输出模式，双晶体绿光激光器100还包括光阑80，光阑80上设有通光孔，通光孔处于第一激光晶体40与第二激光晶体50之间；在双晶体绿光激光器100运行时，符合横模特性需求的1064nm激光通过通光孔，从而使双晶体绿光激光器100处于预定的输出模式；进一步地，由于光阑80设置在第一激光晶体40与第二激光晶体50之间，可避免第二激光晶体50接收到第一泵浦激光器11所发出的泵浦光，或第一激光晶体40接收到第二泵浦激光所发出的泵浦光，从而避免第一激光晶体40与第二激光晶体50同时激活，避免泵浦光不必要的消耗。

在其中一个实施方式中，为使第一泵浦激光器11或第二泵浦激光器12所产生的泵浦光可靠传输，双晶体绿光激光器100还包括光纤组件，光纤组件包括第一传输光纤91及第二传输光纤92；第一泵浦激光器11耦合第一传输光纤91输出泵浦光，第二泵浦激光器12耦合第二传输光纤92输出泵浦光。

在其中一个实施方式中，为固定第一传输光纤91的输出端，光纤组件还包括与第一聚焦组件21对应设置的第一固定件93，第一传输光纤91的输出端固定在第一固定件93上。

在其中一个实施方式中，为固定第二传输光纤92的输出端，光纤组件还包括与第二聚焦组件22对应设置的第二固定件94，第二传输光纤92的输出端固定在第二固定件94上。

在其中一个实施方式中，为减少第一聚焦组件21的像差，第一聚焦组件21包括第一平凸透镜23及第二平凸透镜24，第一平凸透镜23的凸面与第二平凸透镜24的凸面相对；进一步地，为减少泵浦光在第一聚焦组件21上的损耗，第一平凸透镜23及第二平凸透镜24镀808nm/880nm增透膜；具体地，第一聚焦组件21的焦点处于第一激光晶体40内，且与第一激光晶体40端面相距1-3mm处。

在其中一个实施方式中，为减少第二聚焦组件22的像差，第二聚焦组件22包括第三平凸透镜25及第四平凸透镜26，第三平凸透镜25的凸面与第四平凸透镜26的凸面相对；进一步地，为减少泵浦光在第二聚焦组件22上的损耗，第三平凸透镜25及第四平凸透镜26镀808nm/880nm增透膜；具体地，第二聚焦组件22的焦点处于第二激光晶体50内，且与第二激光晶体50端面相距1-3mm处。

具体地，第一泵浦激光器11及第二泵浦激光器12为半导体激光器；为提高第一激光晶体40或第二激光晶体50吸收到的泵浦光，或减少1064nm激光的损失，第一前端镜31、第二前端镜32镀808nm/880nm增透、及1064nm高反膜，第一尾端镜34及第二尾端镜35镀1064nm高反膜；转折镜33镀1064nm高反及532nm高透膜，从而使532nm脉冲光经转折镜33全部输出到激光谐振腔外；进一步地，为提高1064nm激光对532nm激光的转换效率，减少倍频晶体70的用料或体积，倍频晶体70设置在转折镜33与第一尾端镜34之间，且靠近第一尾端镜34设置，1064nm激光经转折镜33反射至第一尾端镜34，1064nm激光经过倍频晶体70时，部分1064nm激光转换为532nm激光，该部分532nm激光和剩余的1064nm激光经过第一尾端镜34全反射，再一次经过倍频晶体70，又一部分1064nm激光转化为532nm激光；最后所有的532nm激光与剩余的1064nm激光一起打在转折镜33上，532nm脉冲光透射转折镜33，输出到激光谐振腔外；1064nm激光继续反射在激光谐振腔内谐振；具体地，倍频晶体70为LBO、KDP、或KTP；在其他实施方式中，还可以将倍频晶体70及调Q晶体60依次设置在第二尾端镜35与第二前端镜32之间。

在其中一种实施方式中，调Q晶体60设置在第二前端镜32与第二尾端镜35之间；调Q晶体60为声光Q晶体、电光Q晶体或被动调Q晶体60；具体地，第二前端镜32将1064nm激光反射至第二尾端镜35，然后经第二尾端镜35反射后，沿原路返回，在调Q晶体60的调制下，激光谐振腔内形成1064nm脉冲光；本实施方式中，通过激光谐振腔的多次折叠，空间利用效率非常高，在有限的空间内实现了各个光学器件有条不紊的摆放，虽然紧凑但是不存在干扰装配的情况，在实现过程中大大缩小了整机所需要的体积，使得激光器更加的小型化，有利于下游应用端的集成。

本实施例中，通过在输出低重复频率的532nm脉冲光时，由第一泵浦激光器输出泵浦光，第一激光晶体产生1064nm激光，在输出高重复频率的532nm脉冲光时，由第二泵浦激光器输出泵浦光，第二激光晶体产生1064nm激光，通过第一激光晶体与第二激光晶体在能级寿命上的差异，从而能使单个激光谐振腔在低重复频率输出与高重复频率输出之间切换时，输出的532nm脉冲光功率保持稳定，从而可利用单台激光加工的设备实现低重复频率及高重复频率532nm脉冲光的稳定输出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种双晶体绿光激光器，其特征在于，包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、与所述第一泵浦激光器对应的第一聚焦组件、与所述第二泵浦激光器对应的第二聚焦组件、谐振组件、第一激光晶体、第二激光晶体、调Q晶体、及倍频晶体；所述谐振组件包括第一前端镜、第二前端镜、转折镜、第一尾端镜、及第二尾端镜；所述第一前端镜、所述第二前端镜、所述转折镜、所述第一尾端镜、及第二尾端镜构成激光谐振腔；所述第一前端镜与所述第二前端镜对应设置；所述转折镜分别与所述第一前端镜、所述第一尾端镜对应设置；所述第二尾端镜与所述第二前端镜对应设置；所述第一激光晶体、所述第二激光晶体设置在所述第一前端镜与所述第二前端镜之间；所述调Q晶体及所述倍频晶体设置在所述激光谐振腔内；输出低重复频率的532nm脉冲光时，所述第一泵浦激光器输出泵浦光，所述第一泵浦激光器输出的泵浦光经所述第一聚焦组件聚焦到所述第一激光晶体，所述第一激光晶体在所述激光谐振腔内产生1064nm激光；由所述第一激光晶体产生的1064nm激光透射所述第二激光晶体；输出高重复频率的532nm脉冲光时，所述第二泵浦激光器输出泵浦光，所述第二泵浦激光器输出的泵浦光经所述第二聚焦组件聚焦到所述第二激光晶体，所述第二激光晶体在所述激光谐振腔内产生1064nm激光；由所述第二激光晶体产生的1064nm激光透射所述第一激光晶体；在所述调Q晶体的调制下，所述激光谐振腔内形成1064nm脉冲光，1064nm脉冲光经过所述倍频晶体时，部分1064nm脉冲光转换为532nm脉冲光；532nm脉冲激光透射所述转折镜，输出到所述激光谐振腔外；所述第一激光晶体为Nd:YAG，所述第二激光晶体为Nd:YVO4。

2.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述第一激光晶体及所述第二激光晶体的双面镀1064nm增透膜。

3.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述第一激光晶体及所述第二激光晶体的双面镀808/880nm增透膜。

4.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，还包括光阑，所述光阑上设有通光孔，所述通光孔处于所述第一激光晶体与所述第二激光晶体之间。

5.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，还包括光纤组件，所述光纤组件包括第一传输光纤及第二传输光纤；所述第一泵浦激光器耦合所述第一传输光纤输出泵浦光，所述第二泵浦激光器耦合所述第二传输光纤输出泵浦光。

6.根据权利要求5所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述光纤组件还包括与所述第一聚焦组件对应设置的第一固定件，所述第一传输光纤的输出端固定在所述第一固定件上。

7.根据权利要求5所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述光纤组件还包括与所述第二聚焦组件对应设置的第二固定件，所述第二传输光纤的输出端固定在所述第二固定件上。

8.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述第一聚焦组件包括第一平凸透镜及第二平凸透镜，所述第一平凸透镜的凸面与所述第二平凸透镜的凸面相对。

9.根据权利要求1所述的双晶体绿光激光器，其特征在于，所述第二聚焦组件包括第三平凸透镜及第四平凸透镜，所述第三平凸透镜的凸面与所述第四平凸透镜的凸面相对。