CN1332481C - 1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器 - Google Patents
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Abstract
1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器，涉及一种固体激光器，提供一种1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器。设有光纤耦合输出的808nm连续激光二极管；耦合光纤输入端接激光二极管；耦合透镜组输入端接耦合光纤输出端；激光输入腔镜设于耦合透镜组输出端；带温控装置的Nd:YAP激光晶体输入端面接激光输入腔镜；激光输入腔镜放置于Nd:YAP激光晶体的输出端，作为激光器的输出腔镜。通过特殊的腔体设计，在Nd:YAG激光晶体中首次实现了808nm LD泵浦1052nm新波长的激光连续运转，而且输出功率达3W。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，尤其是涉及一种1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器。
背景技术
Nd:YAG激光器是研究最多、应用最广泛的固体激光器，特别是激光波长为1064nm的Nd:YAG激光器。迄今，Nd:YAG激光在1000nm波段已经实现了1061nm和1064nm两个波长的激光激射(参见文献1.M.V.Okhapkin，M.N.Skvortsov，A.M.Belkin，N.L.Kvashnin，S.N.Bagayev，“Tunable single-frequency diode-pumped Nd:YAG ring laser at 1064/532nm foroptical frequency standard applications”，Optics communications 203：359-362(2002)；2.K.I.Martin，W.A.Clarkson，D.C.Hanna，“High-power single-frequency operation，at 1064nm and1061.4nm of a Nd：YAG ring laser end-pumped by a beam-shaped diode bar”，Opticscommunications 135：89-92(1997)；3.V.Lupei，N.Pavel，T.Taira，“1064nm laser emission ofhighly doped Nd：Yttrium aluminum garnet under 885nm diode laser pumping”，Appl.Phys.Lett.80：4309-4311(2002))。但是已有的新波长Nd:YAG全固体激光器较少，功率较小。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的新波长Nd:YAG全固体激光器较少、功率较小的不足，提供一种1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器。
为此，本发明采用的技术方案是采用新的腔体膜系结构。
本发明设有
光纤耦合输出的808nm连续激光二极管(LD)；
耦合光纤，耦合光纤输入端接激光二极管的光纤耦合输出端；
耦合透镜组，耦合透镜组的输入端接耦合光纤的输出端，用于对泵浦光的准直与聚焦入激光晶体的耦合作用；
激光输入腔镜，激光输入腔镜设于耦合透镜组的输出端，作为激光器的输入腔镜；
带温控装置的Nd:YAG激光晶体，激光晶体的输入端面接激光输入腔镜，温控装置可采用常规的半导体制冷器；
激光输出腔镜，激光输出腔镜设于Nd:YAG激光晶体的输出端，作为激光器的输出腔镜。
本发明通过特殊的腔体设计，在Nd:YAG激光晶体中首次实现了808nm LD泵浦1052nm新波长的激光连续运转，而且输出功率达3W，这将为1000nm波段的Nd:YAG激光扩大应用领域具有重要的学术意义与使用价值。本发明的突出效果将在具体实施方式中加以说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的激光晶体冷却装置示意图。
图3为图2的剖面图。
图4为本发明实施例的LD泵浦1052nm激光输出激光功率与泵浦功率关系曲线。
图5为本发明实施例1052nm输出激光的光谱图。其中，光谱分辨率为0.2nm。
图6为本发明实施例1052nm输出激光的光谱图。其中，光谱分辨率为0.01nm。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，本发明设有光纤耦合输出的808nm连续激光二极管LD；耦合光纤S输入端接激光二极管LD的光纤耦合输出端；由一对焦距为10mm组成的耦合透镜组M的输入端接耦合光纤S的输出端，用于对泵浦光的准直与聚焦入激光晶体的耦合作用；激光输入腔镜M1采用镀808nm增透(T≈97％)和1052nm高反(R＞99.5％)介质膜，作为激光器的输入腔镜，激光输入腔镜M1设于耦合透镜组M的输出端；带温控装置TEC2的Nd:YAG激光晶体的输入端面接激光输入腔镜M1，温控装置TEC2可采用常规的半导体制冷器；激光输出腔镜M2放置于Nd:YAG激光晶体的输出端，作为激光器的输出腔镜。
带温控装置TEC2的激光晶体Nd:YAG，具体镀膜指标如下；
激光输出腔镜M2：镀1064 nm、1061.4 nm高透(T＞70％)和1052 nm部分透射(T＝4.5％)介质膜，作为激光器的输出腔镜。整个光学耦合***、晶体设计及温控装置、激光谐振腔体固定于10mm厚的硬铝型材上，各个部分均安装在三维和五维精密调整架上，便于调整至同一光路上，硬铝型材的另外一个重要作用是起到温控装置TEC2的散热作用(附微型风扇)。
在激光器设计过程中，采用LD光纤耦合输出，经一对组合透镜(焦距为10mm)后，进入激光晶体进行泵浦，通过透镜组调节，可改变泵浦激光在激光晶体中模式大小。通过LD的温度调整，可使LD输出激光波长至Nd:YAG激光晶体的最大吸收峰-808nm，从而可以充分利用泵浦功率，使激光器更趋于紧凑。此外，本发明选择在Nd:YAG晶体的输入端面上镀上808nm，1052nm增透，激光晶体的另一端面直接镀1053nm增透(T＞98％)，以减少激光腔体损耗。对于腔体，选取对热效应较不敏感的、有大可控模体积的平凹稳定腔结构，有效地补偿了LD泵浦固体激光器的热透镜效应，提高了激光器性能和输出稳定性。晶体的选择则增加激光棒长度及减小其端面直径，以期达到泵浦光模式和激光模式的最佳匹配。
由于Nd:YAG激光在1000nm波段已经实现了1061nm，1064nm两个波长的激光激射，其中1064nm的增益最大，1061nm的增益次之，而1052nm的增益最小，但是，相对于1112nm，1052nm更靠近1064nm和1061.4nm这两条最强谱线，为了能抑制这两条最近且最强的谱线，本发明采用特殊的膜系设计，使得输出耦合镜的透射率在1064nm和1061nm处要比在1052nm处大得多，导致它们的激光起振阈值比1052nm大，这样，使得在1052nm处谱线通过竞争，首先达到激射，产生激光，并抑制了1064nm和1061nm这两条最强的谱线产生激射，从而，产生1052nm这一新波长激光。
图4为1052nm激光输出功率(1052nm power/W)与注入泵浦激光功率(Incident pumppower/W)关系曲线，从图4中可以看出：该激光器的阈值很低，约只有0.3W，最佳光转换效率约20％，在输入泵浦功率为17W时，所输出的1052nm激光功率达3W，输出激光的稳定性优于3％。图5为光谱分析仪(OSA)的分辨率为0.2nm时测得的1052nm激光光谱，可见，激光的峰值波长为1052.6nm，激光谱线宽度为0.1nm。当OSA的分辨率为0.01nm，测得的激光光谱如图6所示，可见1052nm激光由6个峰构成，这是激光器的多纵模光谱，波长分别为：1052.392nm，1052.446nm，1052.502nm，1052.556nm，1052.608nm和1052.660nm相邻波长间隔相同，均约等于0.055nm，并由腔体结构中激光晶体参数决定的。
本发明所得到的最大输出功率为3W的LD泵浦Nd:YAG 1052nm新波长连续全固体激光器是至今输出最大功率的LD泵浦Nd:YAG全固体激光器，其实验成果与国际上报道的最高水平的比较情况如下表所示，在表中，仅列出国际上报道的LD泵浦Nd:YAG全固体连续单一波长(特别是1061.4nm和1064nm)激光运转最高水平与本发明的LD泵浦1052nm新波长的激光性能对比。
LD泵浦Nd:YAG 1000nm主要波长连续激光器指标对比一览表
| 国际报道最高水平 | 国际报道最高水平 | 本发明实验结果 | |
| 激光类型 | LD泵浦Nd:YAG1064nm激光器 | LD泵浦Nd:YAG1061.4nm激光器 | LD泵浦Nd:YAG1052.6nm激光器 |
| 输出功率(W) | 5.4 | 4.2 | 3.3 |
| 阈值功率(W) | ～2 | ～2 | 0.2 |
| 斜率效率(％) | - | - | 31.6 |
| 激光稳定性 | - | - | 1％ |
| 参考文献及完成单位 | 文献2：英国SouthamptonUniversity | 文献2：英国SouthamptonUniversity | 厦门大学 |
文献2：K.I.Martin，W.A.Clarkson，D.C.Hanna，“High-power single-frequency operation，at 1064nm and 1061.4nm of a Nd:YAG ring laser end-pumped by a beam-shapeddiode bar”，Optics communications 135：89-92(1997)
Claims (1)
1、1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器，其特征在于设有光纤耦合输出的808nm连续激光二极管；
耦合光纤，耦合光纤输入端接激光二极管的光纤耦合输出端；
耦合透镜组，耦合透镜组的输入端接耦合光纤的输出端；
激光输入腔镜，激光输入腔镜设于耦合透镜组的输出端，作为激光器的输入腔镜，激光输入腔镜采用镀808nm增透，T≈97％以及1052nm高反，R＞99.5％介质膜；
带温控装置的Nd:YAG激光晶体，激光晶体的输入端面接激光输入腔镜；
激光输出腔镜，激光输出腔镜设于Nd:YAG激光晶体的输出端，作为激光器的输出腔镜，激光输出腔镜采用镀1064nm、1061.4nm高透，T＞70％以及1052nm部分透射，T＝4.5％介质膜。
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