CN217789031U - 一种激光装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光装置，包括第一激光源、第二激光源、变频组件，用于将第二波长的光线转换为第一波长的光线；第一分光器和第二分光器，用于反射所述第一波长的光线，且用于透射所述第二波长的光线；合光组件，用于将所述第一分光器和所述第二分光器反射的所述第一波长的光线合并射出。本申请提供的激光装置，有效避免了第一波长光线向第二波长光线退转换的问题，从而提高了第一波长光线的最高功率。

Description

一种激光装置

技术领域

本申请属于激光的技术领域，更具体地说，是涉及一种激光装置。

背景技术

绿光激光器主要是用非线性晶体倍频获得，倍频的方式分为腔内倍频和腔外倍频两种。腔外倍频技术是把基频腔和倍频独立分开，可以有效控制绿光的光束质量。常见的腔外倍频绿光激光器，是先对红外基频光整形，然后聚焦通过非线性晶体，产生倍频光。相关技术中，为了获得更高效率或者更高功率的倍频光，把红外基频光依次通过两块LBO非线性晶体(Lithium borate，三硼酸锂晶体)，获得60W高功率的绿光输出，并且光束质量M²为1.3；或通过走离补偿方式放置非线性晶体，级联多个倍频装置，充分利用基频光功率，来获得较高功率的倍频激光。

腔外倍频技术中，常见是把红外基频光通过倍频晶体，这样倍频效率达不到很高，造成大部分红外基频光被浪费。剩余的基频光功率会逐级下降，造成后级的倍频效率会越来越低，即后级的倍频模块对倍频光的贡献不高。最后，前级的倍频光和剩余基频光没有分开，这样前级的倍频光通过后级倍频晶体时，会存在倍频光向基频光的“退转换”，限制了绿光激光器的功率。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种激光装置，旨在解决现有技术中存在的腔外倍频技术中，红外基频光依次经过倍频晶体，倍频晶体限制绿光激光器的功率的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种激光装置，包括：

第一激光源；

第二激光源；

变频组件，用于将第二波长的光线转换为第一波长的光线；

第一分光器，用于反射所述第一波长的光线，且用于透射所述第二波长的光线；

第二分光器，用于反射所述第一波长的光线，且用于透射所述第二波长的光线；

合光组件，用于将所述第一分光器和所述第二分光器反射的所述第一波长的光线合并射出；

所述第一激光源发出的所述第二波长的光线经所述变频组件转换为所述第一波长的光线，由所述变频组件射向所述第一分光器，经所述第一分光器反射至所述合光组件；

所述第二激光源发出的所述第二波长的光线经所述变频组件转换为所述第一波长的光线，由所述变频组件射向所述第二分光器，经所述第二分光器反射至所述合光组件。

通过采用第一分光器和第二分光器，达到了对第一激光源和第二激光源产生的第二波长的光线以及经过变频组件变频转换成的第一波长的光线进行分束，第二激光源能够产生具有第二波长的光线，其次还能够对第一次经过变频组件的剩下的第二波长的光线进行增益，获得更高功率的第二波长的光线，从而第二次经过变频组件使能够产生更高功率的第一波长的光线。

在一个实施例中，所述变频组件包括第一变频晶体和第二变频晶体，所述第一分光器位于所述第一变频晶体与所述第二变频晶体之间，所述第二变频晶***于所述第一分光器和所述第二分光器之间；

所述第一分光器将所述第一变频晶体出射的所述第一波长的光线反射至所述合光组件，且所述第一分光器将所述第一变频晶体出射的所述第二波长的光线透射至所述第二变频晶体，经所述第二变频晶体转换为所述第一波长的光线，由所述第二分光器反射至所述合光组件；

所述第二激光源射出的所述第二波长的光线经所述第二变频晶体射向所述第二分光器。

通过采用第一变频晶体和第二变频晶体，达到了两次对第二波长光线进行变频的技术效果。

可选地，所述第二激光源包括泵浦光源和位于所述第一分光器与所述第二变频晶体之间的激光晶体；所述第一分光器透射的所述第二波长的光线经过所述激光晶体增益后射向所述第二变频晶体。

可选地，所述泵浦光源用于给激光晶体提供能源。

通过采用激光晶体，使得通过第一变频晶体后的第二波长光线能够获得增益，实现功率增大，提高了剩余的第二波长的光线的利用率。

在另一个实施例中，所述变频组件为变频晶体，所述变频晶***于所述第一分光器和所述第二分光器之间，所述第一分光器位于所述变频晶体与所述第二激光源之间，所述第二分光器位于所述第一激光源与所述变频晶体之间；

所述第一激光源发出的所述第二波长的光线由所述第二分光器透射至所述变频晶体，所述第二激光源发出的光线由所述第一分光器透射至所述变频晶体。

可选地，所述第二激光源包括泵浦光源和位于所述第一分光器远离所述变频晶体一侧的激光晶体；所述激光晶体用于对透射过第一分光器的第二波长的光线进行增益。

通过采用一个变频晶体，实现对第二波长的光线二次倍频，且设置第一分光器和第二分光器实现对第一波长光线和第二波长光线的分束，能够有效防止第一波长的光线再次经过变频晶体发生向第二波长光线退转换。

可选地，还包括反射镜，所述反射镜位于所述激光晶体远离所述第一分光器的一侧，经所述变频晶体射向所述第一分光器的所述第二波长的光线，依次透射经过所述第一分光器和所述激光晶体并射向反射镜，经反射镜反射并依次经过所述激光晶体和所述第一分光器射向所述变频晶体，经所述变频晶体转换为所述第一波长的光线并射向所述第二分光器，经所述第二分光器反射至所述合光组件。

通过采用在激光晶体远离第一分光器的一侧设置反射镜，将经过激光晶体的增益后的第二波长的光线反射至变频晶体，进行第二次变频，产生第二束第一波场的光线，从而实现输出更高功率的第一波长的光线。

可选地，所述反射镜为凹面镜。

通过采用上述技术方案，凹面反射镜能够很好对第二波长的光线进行反射。

在一个实施例中，所述激光装置还包括设置于所述合光组件与所述第一分光器之间的光路延迟模块。

通过采用上述技术方案，设置光路延迟模块让第一次产生的第一波长的光线和第二次产生的第一波长光线能够同时达到合光组件，通过合光组件进行合束后输出，达到输出更高功率的第一波长的光线的技术效果。

在一个实施例中，所述激光装置还包括第一半波片，所述第一半波片位于第一激光源与变频组件之间，用于调整第一激光源射出的光线的偏振态。

通过采用上述技术方案，设置第一半波片调整第一激光源射出的光线的偏振态，使其复合变频条件，由第二波长变频为第一波长的光线。

在一个实施例中，所述激光装置还包括用于将所述第一激光源和/或所述第二激光源射出的光线聚焦的聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述第一激光源与所述变频组件之间。

通过采用上述技术方案，聚焦透镜能够控制光束在变频组件中的光斑大小。

在一个实施例中，所述合光组件包括反射器和合光器，所述反射器用于将所述第一分光器和/或所述第二分光器反射的所述第一波长的光线反射至所述合光器。

可选地，所述反射器为平面镜。

通过采用上述技术方案，平面镜相比其他反射镜成本低廉，且反射效果好。

在一个实施例中，所述合光组件还包括第二半波片和第三半波片；所述第二半波片位于所述第一分光器与所述合光器之间，所述第三半波片位于所述第二分光器与所述合光器之间。

通过采用上述技术方案，第二半波片和第三半波片将第一波长的光线的偏振态调整至能够在合光器处进行合束后输出的偏振角度。

在一个实施例中，所述第一分光器和所述第二分光器为双色镜。

通过采用上述技术方案，双色镜能够对第一波长的光线实现高反射，对第二波长的光线实现高透射，从而达到分光的效果。

可选地，所述第一激光源为红外光源。

通过采用上述技术方案，红外光源通过变频组件能够获得所需要的绿光光源。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的激光装置的原理示意图；

图2为本申请实施例一提供的激光装置的结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的激光装置的原理示意图；

图4为本申请实施例二提供的激光装置的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-第一激光源，

20-第一半波片，

30-聚焦透镜，31-第一透镜，32-第二透镜，

40-变频组件，41-第一变频晶体，42-第二变频晶体，

51-第一分光器，52-第二分光器，

60-第二激光源，61-泵浦光源，62-激光晶体，

70-合光组件，71-反射器，72-合光器，73-第二半波片，74-第三半波片，80-反射镜，

90-光路延迟模块。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

请参阅图1，本申请提供的激光装置包括第一激光源10、变频组件40、第一分光器51、第二激光源60、第二分光器52和合光组件70。其中第一激光源10、变频组件40、第一分光器51、第二激光源60和第二分光器52从左至右依次设置，合光组件70设置在第一分光器51和第二分光器52的反射光线的路径上。第一激光源10射出第二波长的光线经过变频组件40一部分倍频为第一束第一波长的光线，第一束第一波长的光线经第一分光器51反射至合光组件70；而剩余的第二波长的光线则透射过第一分光器51，经第二激光源60进行增益，获得更大功率的第二波长的光线，与第二激光源60产生的第二波长的光线一起射入变频组件40，获得第二束第一波长的光线，在经第二分光器52将第二束第一波长反射至合光组件70，合束后输出高功率的第一波长的光线。第一分光器51将第一束第一波长光线和剩余的第二波长光线分束，第二分光器52将第二束第一波长光线和剩余第二波长光线分束，能够有效的防止第一波长光线经过变频组件40而退转换成第二波长的光线。

变频组件40包括第一变频晶体41和第二变频晶体42，第一分光器51设置在第一变频晶体41和第二变频晶体42之间，第二变频晶体42位于第一分光器51和第二分光器52之间。第二激光源60包括泵浦光源61和激光晶体62，激光晶体62设置在第一分光器51和第二变频晶体42之间，泵浦光源61则设置在激光晶体62的下方，给激光晶体62提供能源。合光组件70反射器71和合光器72，反射器71设置在第一分光器51反射光线的路径上，且与第一分光器51平行设置；合光器72则设置在反射器71所反射的光线与第二分光器52反射光线的交点处，将第一分光器51和第二分光器52所反射出的第一波长的光线进行合束后输出。

请参阅图2，在第一激光源10与第一变频晶体41之间还设置有第一半波片20，在第一变频晶体41之前设置有聚焦透镜30，具体的为第一透镜31，设置在第一半波片20与第一变频晶体41之间，用于将第一激光源10射出的光线聚焦。

在第二变频晶体42之前也设置有聚焦透镜30，具体的为第二透镜32，设置在第一半波片20与第二变频晶体42之间，用于将第二激光源60射出的光线聚焦。在其他实施例中，可只在第一变频晶体41或第二变频晶体42之前设置聚焦透镜30。

合光组件70还包括第二半波片73和第三半波片74，第二半波片73设置在第一分光器51和合光器72之间，具体地，设置在反射器71与合光器72之间；第三半波片74设置在第二分光器52和合光器72之间。

本实施例的实施原理为：第一激光源10射出的第二波长的光线经过第一半波片20后，偏振态发生调整使第二波长光线符合转换为第二波长光线的变频条件，在进入第一变频晶体41前，再经第一透镜31进行光束聚焦，控制进入第一变频晶体41的光斑大小；(光斑大小满足两点要求，一是聚焦光束的焦深长度大于或等于第一变频晶体41和第二变频晶体42的长度；二是光束聚焦后的光功率密度小于第一变频晶体41和第二变频晶体42的损伤阈值)进入第一变频晶体41转化为第一束具有第一波长的光线，再射入第一分光器51反射至反射器71，反射器71反射至合光器72前经第二半波片73对第一波长的光线调整至水平方向偏振；经过第一变频晶体41的剩余第二波长光线通过激光晶体62进行增益实现功率放大，然后经第二透镜32进行聚焦，通过第二变频晶体42进行变频为第二束具有第一波长的光线，射入第二分光器52后反射至第三半波片74，将第二束第一波长的光线调整至垂直方向偏振后射入合光器72，合光器72将两束第一波长的光线合束后射出，实现了高功率的第一波长光线的输出。

具体地，第一激光源10为红外基频光激光器，输出的波长为1064nm的红外皮秒激光，偏振态为线偏振；该红外基频光激光器自带隔离器和准直扩束***，输出的第二波长的光线束腰半径大小在0.5-3mm之间，在本申请实施例中优选为1mm。在本申请实施例中，第一波长的光线是波长为532nm的绿光，第二波长的光线是波长为1064nm的红外基频光。在其他实施例中还可以是其他数值的波长。

第一半波片20的工作波长为第二波长，即本申请实施例中波长为1064nm的红外皮秒激光，第一半波片20为对1064nm的寻常光和非常光的延时位相差为π或其奇数倍的晶片，其两面镀有对第二波长光线的增透膜(反射率小于0.25％)，其作用是将第二波长的偏振态调至满足发生变频的条件。第二半波片73和第三半波片74的工作波长则为第一波长，第二半波片73和第三半波片74为对532nm的寻常光和非常光的延时位相差为π或π的其奇数倍的晶片，其两面镀有对第一波长光线的增透膜(反射率小于0.25％)。在本申请实施例中具体为532nm的二倍频绿光波长。需要说明的是，以上波长的具体数据仅是为了更好的说明，并非对本申请的限制。

在本申请实施例中，第一透镜31和第二透镜32为双凸透镜或者透镜组，第一透镜31和第二透镜32的两面均镀有对第二波长光线的增透膜(反射率小于0.25％)，利于控制第一变频晶体41和第二变频晶体42上第二波长光线的光斑大小，从而提高第二波长变频转换的效率。

第一变频晶体41和第二变频晶体42为按照第I类角度匹配切割的LBO晶体(Lithium borate，三硼酸锂晶体)，其损伤阈值大于500MW/cm²,截面尺寸为2*2mm²、3*3mm²和5*5mm²或其他，长度为10-40mm，本实施案例中LBO尺寸优选为3*3*20mm³。在本实施例中第一变频晶体41和第二变频晶体42均属于二倍频晶体，在其他实施例中还可以是三倍频、四倍频、五倍频等多倍频晶体，根据实际需要能够实现对第一激光源10射出的第二波长的光线进行倍频得到所需要的第二波长的光线均可。

第一分光器51和第二分光器52均为双色镜，在双色镜的入射面镀有对第二波长光线的增透膜(透射率大于95％)和对第一波长光线的反射膜(反射率大于99.5％)，出射面则镀有对第二波长光线的抗反射膜(反射率小于0.25％)。

激光晶体62为Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO4、Nd:GaVO4或其他激光介质，两面都镀有对第二波长光线和泵浦光波段的增透膜(反射率小于0.25％)。泵浦光源61为大功率半导体激光二极管列阵、氙灯的侧面泵浦或者是半导体激光器的端面泵浦。其中半导体激光泵浦源波长包括不局限于808nm、880nm、915nm、940nm、976nm和980nm。在本申请实施例中激光晶体62优选为Nd:YAG晶体，泵浦光源61选取半导体激光阵列，波长为808nm，泵浦方式为侧面泵浦。

反射器71为平面镜，在平面镜的反射面镀有对第一波长光线的反射膜(反射率大于95％)。

合光器72具体为二倍频光偏振分光棱镜或薄膜偏振分光片，其能够对水平偏振方向光线高透射，对垂直偏振方向光线高反射。在本申请实施例中，合光器72优选为偏振分光棱镜，其胶合面镀有偏振分光介质膜，所有直角面镀有对第一波长光线的增透膜。

需要说明的是，在本实施案例中，如果把第二波长光线的偏振态先调至垂直方向偏振(或水平方向偏振)，可以不设置第一半波片20；通过旋转第一变频晶体41或第二变频晶体42满足发生二倍频转换条件，则第一波长光线的偏振态均为水平方向偏振(或垂直方向偏振)，此时则可以取消第二半波片73(或者第三半波片74)，在合光器72处也能满足将两束第一波长的光线合为一束的条件。

实施例二

请参阅图3，本实施例与实施例一的主要区别点在于，本实施例中的变频组件40为一个变频晶体，变频晶体设置在第一分光器51和第二分光器52之间，在激光晶体62之后还设置有反射镜80，第二分光器52设置在聚焦透镜30和变频晶体之间。

请参照图4，第一激光源10、第一半波片20、聚焦透镜30、第二分光器52、变频晶体、第一分光器51、激光晶体62和反射镜80从左至右依次设置在第一激光源10的光轴上，反射器71设置在第二分光器52的反射光线的路径上，在第一分光器51与第二半波片73之间还设置有光路延迟模块90，用以延迟第一分光器51反射的第一波长的光线到达合光器72的时间，保证第一分光器51反射的第一束第一波长的光线和第二分光器52的第二束第一波长的光线能够同时到达合光器72进行合束输出。

反射镜80为凹面镜，凹面镜的曲率半径和聚焦透镜30的曲率半径相同，两者组成“对称共焦腔”结构(即凹面镜的焦点和聚焦透镜30的焦点重合)，变频晶体的尺寸中心和“对称共焦腔”的焦点重合。以保证第二波长的光线第二次进入变频晶体时的光斑尺寸和第一次时相同。

光路延迟模块90由一组两个，共两组平面镜组成，每组中的平面镜相互平行且与第一分光器51所反射的第一波长的光线形成45°或135°。通过增设平面镜，让第一束第一波长的光线的到达合光器72的距离增长，以此来延迟时间。需要说明的是，光路延迟模块90具体由多少个平面镜组成不作限制，根据需要选择，只要能够达到第一束第一波长光线到合光器与第二束第一波长光线到合光器的光程一致即可。

本实施例的实施原理：第一激光源10输出的第二波长的光线经过第一半波片20，把偏振方向调至满足发生变频转换的条件，依次经过聚焦透镜30、第二分光器52，然后第一次进入变频晶体，产生第一束第一波长光线和剩余的第二波长光线，第一束第一波长光线经过第一分光器51发生反射，经过光路延迟模块90反射至第二半波片73，最后达到合光器72；而剩余的第二波长光线则第一次透射过激光晶体62，然后再由反射镜80反射第二次经过激光晶体62，两次经过激光晶体62实现增益，然后再经透射过第一分光器51，第二次经过变频晶体实现变频，转换为第二束具有第一波长的光线和第二剩余的第二波长光线，第二束第一波长的光线再经第二分光器52进行反射，依次经过反射器71和第三半波片74射入合光器72，与第一束第一波长光线合束后输出，而剩余的第二波长光线被红外基频光激光器的隔离器阻挡，无法进入第一激光源10内。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光装置，其特征在于，包括：

第一激光源；

第二激光源；

变频组件，用于将第二波长的光线转换为第一波长的光线；

第一分光器，用于反射所述第一波长的光线，且用于透射所述第二波长的光线；

第二分光器，用于反射所述第一波长的光线，且用于透射所述第二波长的光线；

合光组件，用于将所述第一分光器和所述第二分光器反射的所述第一波长的光线合并射出；

所述第一激光源发出的所述第二波长的光线经所述变频组件转换为所述第一波长的光线，由所述变频组件射向所述第一分光器，经所述第一分光器反射至所述合光组件；

所述第二激光源发出的所述第二波长的光线经所述变频组件转换为所述第一波长的光线，由所述变频组件射向所述第二分光器，经所述第二分光器反射至所述合光组件。

2.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述变频组件包括第一变频晶体和第二变频晶体，所述第一分光器位于所述第一变频晶体与所述第二变频晶体之间，所述第二变频晶***于所述第一分光器和所述第二分光器之间；

所述第一分光器将所述第一变频晶体出射的所述第一波长的光线反射至所述合光组件，且所述第一分光器将所述第一变频晶体出射的所述第二波长的光线透射至所述第二变频晶体，经所述第二变频晶体转换为所述第一波长的光线，由所述第二分光器反射至所述合光组件；

所述第二激光源射出的所述第二波长的光线经所述第二变频晶体射向所述第二分光器。

3.如权利要求2所述的激光装置，其特征在于，所述第二激光源包括泵浦光源和位于所述第一分光器与所述第二变频晶体之间的激光晶体；所述第一分光器透射的所述第二波长的光线经过所述激光晶体增益后射向所述第二变频晶体。

4.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述变频组件为变频晶体，所述变频晶***于所述第一分光器和所述第二分光器之间，所述第一分光器位于所述变频晶体与所述第二激光源之间，所述第二分光器位于所述第一激光源与所述变频晶体之间；

所述第一激光源发出的所述第二波长的光线由所述第二分光器透射至所述变频晶体，所述第二激光源发出的光线由所述第一分光器透射至所述变频晶体。

5.如权利要求4所述的激光装置，其特征在于，所述第二激光源包括泵浦光源和位于所述第一分光器远离所述变频晶体一侧的激光晶体；所述激光晶体用于对透射过第一分光器的第二波长的光线进行增益。

6.如权利要求5所述的激光装置，其特征在于，所述激光装置还包括反射镜，所述反射镜位于所述激光晶体远离所述第一分光器的一侧，经所述变频晶体射向所述第一分光器的所述第二波长的光线，依次透射经过所述第一分光器和所述激光晶体并射向反射镜，经反射镜反射并依次经过所述激光晶体和所述第一分光器射向所述变频晶体，经所述变频晶体转换为所述第一波长的光线并射向所述第二分光器，经所述第二分光器反射至所述合光组件。

7.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述激光装置还包括第一半波片，所述第一半波片位于第一激光源与变频组件之间，用于调整第一激光源射出的光线的偏振态。

8.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述激光装置还包括用于将所述第一激光源和/或所述第二激光源射出的光线聚焦的聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述第一激光源与所述变频组件之间。

9.如权利要求1至8任一项所述的激光装置，其特征在于，所述合光组件包括反射器和合光器，所述反射器用于将所述第一分光器和/或所述第二分光器反射的所述第一波长的光线反射至所述合光器。

10.如权利要求9所述的激光装置，其特征在于，所述合光组件还包括第二半波片和第三半波片；所述第二半波片位于所述第一分光器与所述合光器之间，所述第三半波片位于所述第二分光器与所述合光器之间。

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