CN101000996A - 双棒串接全固态直腔高功率单q开关准连续绿光激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，激光晶体吸收泵浦光能量后产生受激荧光辐射，辐射的荧光在谐振腔内振荡放大，基频振荡光由平凹全反镜，经过声光Q开关，激光晶体，二次谐波镜和倍频晶体，产生倍频光后最终到达平面输出耦合镜，被平面输出耦合镜反射回来的基频振荡光再次通过倍频晶体产生倍频光，两次产生的倍频光均由平面输出耦合镜耦合输出，输出功率高达125W，倍频效率为62.5％，具有结构简单紧凑，损耗低，性能稳定，光束质量好等优点，在医疗、工业、科研等方面有广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光装置，尤其涉及一种半导体侧面泵浦的直腔双棒串接全固态高功率高效率准连续绿光激光装置。
背景技术
激光二极管(LD)泵浦的高功率全固态准连续绿光激光器具有转换效率高、平均功率高、体积小、光束质量好、寿命长、结构紧凑、稳定性高等优点，在激光医疗、水下通讯、激光光谱、精密打标、工业加工、污染检测等方面有着广泛的应用，同时它还可以作为钛宝石的抽运源，大屏幕彩色显示的光源等。其中采用声光调Q Nd:YAG内腔倍频技术是获得高平均功率绿光激光器的重要途径之一。Sungman Lee等报导了题为“A diode pumped linearintracavity frequency doubled N:YAG rod laser with 40ns pulse width and 73Wgreen output power”的文章，采用的是平-平腔结构，输出功率较低，大大限制了其在医疗、军事、光通讯、激光演示等方面的应用。Aicong Geng等人报导了题为“One hundred and twenty one W green laser generation from adiode-side-pumped Nd:YAG laser by use of a dual-V-shaped configuration”的文章，但采用双V型腔结构和双Q开关技术一方面使腔型结构复杂，调整困难，同时过多的元件也使损耗增加，阻碍了输出功率的进一步提高。中国专利申请20029125提出了一种基于高温倍频的高功率全固态绿光激光器，但该发明中采用单棒侧面泵浦的方式，限制了在数百乃至数千瓦量级上更高功率的绿光输出；并且倍频晶体采用温度匹配的方式，对控温系统温度精度要求较高，调整较困难，一旦温控系统精度达不到要求，倍频效率将会大大降低，从而限制了输出功率的进一步提高，也同时限制了其在工业、科研等领域的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，结构简单紧凑，损耗低，输出功率高达125W，倍频效率为62.5％，且性能稳定，光束质量好。
实现本发明的技术方案是这样解决的：入射平凹全反镜的水平光路上依次设置有声光Q开关、第一激光晶体、第二激光晶体、二次谐波镜、倍频晶体和平面输出耦合镜，第一大功率半导体泵浦组件和第二大功率半导体泵浦组件分别置于第一激光晶体和第二激光晶体的侧面；第一、第二激光晶体吸收泵浦光能量后产生受激荧光辐射，辐射的荧光在由平凹全反镜与平面输出耦合镜组成的谐振腔内振荡放大，从而形成稳定的基频振荡光，基频振荡光由平凹全反镜，经过声光Q开关，第一激光晶体和第二激光晶体，二次谐波镜和倍频晶体，产生倍频光后最终到达平面输出耦合镜，被平面输出耦合镜反射回来的基频振荡光再次通过倍频晶体产生倍频光，两次产生的倍频光均由平面输出耦合镜耦合输出。
第一激光晶体和第二激光晶体采用双棒串接的形式。
平凹全反镜和平面输出耦合镜构成凹-平谐振腔。
第一激光晶体和第二激光晶体包括掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)，掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)，掺钕钒酸钆(Nd:GdVO4)等激光晶体。
倍频晶体(6)包括磷酸钛氧钾(KTP)、三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(BBO)、磷酸二氢钾(KDP)等非线性光学晶体，用铟箔包裹侧面后放入水冷散热铜块中。
所述的二次谐波镜为融石英的平面镜。
平凹全反镜的曲率半径选取范围为800～1300mm，平凹全反镜、二次谐波镜、平面输出耦合镜均安装在二维调整架上，并保证各镜面法线方向与第一激光晶体和第二激光晶体辐射的荧光光轴方向共线。
本发明的技术效果在于，由于采用两个串接的侧面泵浦Nd:YAG激光晶体，增加了工作物质长度，以获得更大的模体积，从而实现腔内高光子数运转，进而可以得到与棒数成比例增加的激光功率输出，而保持单棒输出光束质量几乎不变，这种技术常用在输出功率为数百瓦至数千瓦的高功率激光器中；采用凹-平直腔形式，结构简单，调整方便，损耗小；倍频晶体采用角度匹配方式，便于调整，易于实现高功率输出，输出功率高达125W，倍频效率为62.5％。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参见附图，本发明在入射平凹全反镜1的水平光路上依次设置有声光Q开关2、第一激光晶体3、第二激光晶体4、二次谐波镜5、倍频晶体6和平面输出耦合镜7，第一大功率半导体泵浦组件8和第二大功率半导体泵浦组件9分别置于第一激光晶体3和第二激光晶体4的侧面。
双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，由分别在第一、第二激光晶体3、4侧面等间距放置的一系列半导体器件构成第一、第二大功率半导体泵浦组件8、9，形成侧面泵浦方式，第一、第二激光晶体3、4吸收泵浦光能量后产生受激荧光辐射，辐射的荧光在由平凹全反镜1与平面输出耦合镜7组成的谐振腔内振荡放大，从而形成稳定的基频振荡光，基频振荡光由平凹全反镜1，经过声光Q开关2、第一激光晶体3和第二激光晶体4、二次谐波镜5和倍频晶体6，产生倍频光后最终到达平面输出耦合镜7，被平面输出耦合镜7反射回来的基频振荡光再次通过倍频晶体6产生倍频光，两次产生的倍频光均由平面输出耦合镜7耦合输出。
第一、第二激光晶体3、4采用两个相同的Nd:YAG棒，掺杂浓度均为0.6at％，各个晶体端面严格平行，四个通光面均镀1064nm的增透膜(透过率大于99.9％)，串联位于谐振腔中声光Q开关2与二次谐波镜5之间。
倍频晶体6采用II类临界(角度)相位匹配的KTP晶体，侧面用铟箔包裹后放入水冷散热铜块中，倍频晶体6两通光面均镀有1064nm和532nm的增透膜(透过率大于99.9％)，置于谐振腔中二次谐波镜5与平面输出耦合镜7之间，冷却温度调节范围在16℃～22℃之间。
声光Q开关2受驱动源控制，声光调Q晶体装置设有控制接口，通过电缆线和射频控制线与驱动源连接，两通光面均镀有1064nm的增透膜(透过率大于99.9％)。
二次谐波镜5为融石英的平面镜，靠近倍频晶体6的一面镀有1064nm的增透膜(透过率大于99.9％)和532nm的高反膜(反射率大于99.9％)，另一面镀有1064nm的增透膜(透过率大于99.9％)，将其安装在二维调整架上，并保证镜面法线方向与第一、第二激光晶体3、4辐射的荧光光轴方向共线。
平凹全反镜1的凹面镀有1064nm高反膜(反射率大于99.9％)，将其安装在二维调整架上，并保证镜面法线方向与第一、第二激光晶体3、4辐射的荧光光轴方向共线。
平面输出耦合镜7靠近倍频晶体的一面镀1064nm的高反膜(反射率大于99.5％)和532nm的增透膜(透过率为99.5％)，另一面镀532nm增透膜(透过率为99.5％)，将其安装在二维调整架上，并保证镜面法线方向与第一、第二激光晶体3、4辐射的荧光光轴方向共线。
工作过程：第一、第二大功率半导体泵浦组件8、9出射的光均匀泵浦第一、第二激光晶体3、4的侧面，第一、第二激光晶体3、4吸收泵浦光能量后产生受激荧光辐射，受激辐射的光在谐振腔内来回振荡并放大，最后在谐振腔中形成稳定振荡的基频光；振荡的基频光经过声光Q开关2后形成高重复频率的准连续激光；倍频晶体6用铟箔包裹后装入通有循环水冷却的散热铜块中，冷却温度调节范围在16℃～22℃之间，基频振荡光穿过倍频晶体6产生倍频光后最终到达平面输出耦合镜7，被平面输出耦合镜7反射回来的基频振荡光再次通过倍频晶体6产生倍频光，两次产生的倍频光均由平面输出耦合镜7耦合输出，二次谐波镜5靠近倍频晶体6的一面对于基频振荡光高透，对于倍频光高反，用来实现二次倍频以提高倍频光的输出功率，最终获得平均功率高达125W的绿光输出，倍频效率为62.5％，从而使其在医疗、工业、科研等方面有更广泛的应用。
Claims (7)
1、一种双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，包括：平凹全反镜(1)，其特征在于：入射平凹全反镜(1)的水平光路上依次设置有声光Q开关(2)、第一激光晶体(3)、第二激光晶体(4)、二次谐波镜(5)、倍频晶体(6)和平面输出耦合镜(7)，第一大功率半导体泵浦组件(8)和第二大功率半导体泵浦组件(9)分别置于第一激光晶体(3)和第二激光晶体(4)的侧面；第一、第二激光晶体(3)、(4)吸收泵浦光能量后产生受激荧光辐射，辐射的荧光在由平凹全反镜(1)与平面输出耦合镜(7)组成的谐振腔内振荡放大，从而形成稳定的基频振荡光，基频振荡光由平凹全反镜(1)，经过声光Q开关(2)、第一激光晶体(3)和第二激光晶体(4)、二次谐波镜(5)和倍频晶体(6)，产生倍频光后最终到达平面输出耦合镜(7)，被平面输出耦合镜(7)反射回来的基频振荡光再次通过倍频晶体(6)产生倍频光，两次产生的倍频光均由平面输出耦合镜(7)耦合输出。
2、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，第一激光晶体(3)和第二激光晶体(4)采用双棒串接的形式。
3、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，平凹全反镜(1)和平面输出耦合镜(7)构成凹-平谐振腔。
4、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，第一激光晶体(3)和第二激光晶体(4)包括掺钕钇铝石榴石Nd:YAG、掺钕钒酸钇Nd:YVO4、掺钕钒酸钆Nd:GdVO4激光晶体。
5、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，倍频晶体(6)包括磷酸钛氧钾KTP、三硼酸锂LBO、偏硼酸钡BBO、磷酸二氢钾KDP非线性光学晶体，用铟箔包裹侧面后放入水冷散热铜块中。
6、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，所述的二次谐波镜(5)为融石英的平面镜。
7、根据权利要求1所述的双棒串接全固态直腔高功率单Q开关准连续绿光激光器，其特征在于，平凹全反镜(1)的曲率半径选取范围为800～1300mm，平凹全反镜(1)、二次谐波镜(5)、平面输出耦合镜(7)均安装在二维调整架上，并保证各镜面法线方向与第一激光晶体(3)和第二激光晶体(4)辐射的荧光光轴方向共线。
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