CN101009418A - 蓝色激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蓝色激光系统，其结构包括激光二极管泵浦源和沿泵浦源的光束前进方向依次设有光学耦合系统和谐振腔，谐振腔内放置有激光介质和倍频晶体，泵浦源、激光介质和倍频晶体分别置于热沉上，热沉置于导热板上，导热板紧贴于制冷片的冷端，制冷片的热端紧贴于一散热片上，制冷片与散热片中间绕制冷片设有一层绝热体，泵浦源所在的热沉上设有温度传感器，制冷片和温度传感器分别通过导线连接到温度控制器上。本发明的蓝色激光系统结构简单，激光的输出模式和输出功率稳定，输出的激光效率高。
Description
技术领域
本发明涉及激光器，特别是一种激光二极管端面泵浦腔内倍频的蓝色激光系统。
背景技术
激光二极管泵浦的全固态固体激光器由于具有效率高、寿命长、使用方便、结构紧凑和性能稳定等优点，近年来成为国际上竞相研究开发的热点。蓝色激光器在光存储、数字视频技术、光谱技术、激光医疗、激光演示和激光多媒体技术等方面都得到广泛的应用；蓝色激光器还可以和红色、绿色激光器构成三元色激光光源。
为了得到蓝色激光，不少专利涉及制作蓝色激光器的方法，例如ZL200410039213.1，CN02118767.3，CN02117365.6，CN02117362.1，CN02118770.3，CN02118769.X。
ZL200410039213.1侧重于描述端面泵浦的直腔结构以及复合棒技术来获得蓝色激光；CN02118767.3中侧重于描述的是自倍频激光介质材料掺钕硼酸钆铝；CN02117362.1和CN02117365.6主要涉及同时产生红绿蓝三基色的技术，激光稳定性较差，且转换效率也较难提高；CN02118770.3和CN02118769.X侧重于描述的是自倍频材料的激光结构，转换效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种蓝色激光系统，提高激光器输出蓝色激光的效率和稳定性。
本发明的技术解决方案如下：
在本发明的总的思路下，包括两种相近的结构设计，但不可相互取代。
第一种蓝色激光系统的结构：
一种蓝色激光系统，包括激光二极管泵浦源，沿该激光二极管泵浦源所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统、入射腔镜、激光介质、倍频晶体和出射腔镜。
激光二极管泵浦源固定于第一热沉上，该第一热沉上还固定有一温度传感器，所述的激光介质固定于第二热沉上，所述的倍频晶体固定于第三热沉上，第一热沉、第二热沉和第三热沉置于一导热板上，该导热板紧贴一制冷片的冷端，制冷片的热端紧贴于一散热片上，所述导热板与散热片之间绕制冷片的四周设有一层绝热体，所述的制冷片和温度传感器分别通过导线连接到一温度控制器上。三个热沉、温度控制器、温度传感器、制冷片、导热板和散热片构成一个温度控制系统，控制和稳定整个激光系统的工作温度。
所述的入射腔镜的出射腔面上的第一膜层和出射腔镜入射腔面上的第二膜层之间构成谐振腔，第一膜层对所述激光二极管泵浦源所发出的泵浦光增透，对输出波长的基频光和倍频光高反射；第二膜层对基频光高反射，对倍频光增透；所述的第一增透膜、第二增透膜、第三增透膜、第四增透膜对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第五增透膜对输出波长的倍频光增透。
第二种蓝色激光系统的结构设计：
一种蓝色激光系统，包括激光二极管泵浦源，沿该激光二极管泵浦源所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统、激光介质、倍频晶体和出射腔镜；
所述的激光二极管泵浦源固定于第一热沉上，该第一热沉上还固定有一温度传感器；所述的激光介质置于第二热沉上，所述的倍频晶体置于第三热沉上。第一热沉、第二热沉和第三热沉置于一导热板上，该导热板紧贴一制冷片的冷端，制冷片的热端紧贴于一散热片上，所述导热板与散热片之间绕制冷片的四周设有一层绝热体，所述的制冷片和温度传感器分别通过导线连接到一温度控制器上。三个热沉、温度控制器、温度传感器、制冷片、导热板和散热片构成一个温度控制系统，控制和稳定整个激光系统的工作温度。
所述的激光介质的入射端面上镀有第三膜层，激光介质的出射端面上镀有第五膜层；倍频晶体的入射端面镀有第六膜层，倍频晶体的出射端面镀有第六增透膜；出射腔镜的入射端面镀有第四膜层，出射腔镜的出射端面镀有第七增透膜。
第二种蓝色激光系统的结构中，对于镀膜要求又有三种方案：
一种情况是所述的第三膜层和第四膜层之间构成谐振腔，第三膜层对所述激光二极管泵浦源所发出的泵浦光增透，对输出波长的基频光和倍频光高反射；第四膜层对基频光高反射，对倍频光增透；所述的第五膜层、第六膜层和第六增透膜对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜对输出波长的倍频光增透。
另外一种情况是所述的第三膜层和第四膜层之间构成谐振腔，第三膜层对所述激光二极管泵浦源所发出的泵浦光增透，对输出波长的倍频光高反射；第四膜层对输出波长的基频光高反射，对倍频光增透；所述的第五膜层对输出波长的基频光增透，对其倍频光高反射，所述的第六膜层和第六增透膜对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜对输出波长的倍频光增透。
第三种情况是所述的第三膜层和第四膜层之间构成谐振腔，第三膜层对所述激光二极管泵浦源所发出的泵浦光增透，对输出波长的倍频光高反射；第四膜层对输出波长的基频光高反射，对其倍频光增透；所述的第六膜层对输出波长的基频光增透，对其倍频光高反射，所述的第五膜层和第六增透膜对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜对输出波长的倍频光增透。
所述的倍频晶体为硼酸铋晶体、或为硼酸钡晶体、或为三硼酸锂。
本发明技术方案的技术效果：
①本发明的蓝色激光系统采用激光二极管端面泵浦腔内倍频，输出的蓝色激光效率高，性能稳定。
②本发明的蓝色激光系统通过温度控制系统保证工作温度处于15℃～30℃之间，温度的控制精度在±0.2℃范围内，倍频晶体的走离角保持不变，使激光输出的模式和输出功率稳定。
③温度控制系统同时对激光二极管泵浦源、激光介质和倍频晶体同时制冷，使得结构大大简化。
附图说明
图1是本发明蓝色激光系统的实施例1的结构示意图。
图2是本发明蓝色激光系统的实施例1中谐振腔的结构示意图。
图3是本发明蓝色激光系统的实施例2的结构示意图。
图4是本发明蓝色激光系统的实施例2中谐振腔的结构示意图。
图中，
1-激光二极管泵浦源 2-第一热沉 3-温度传感器 4-导热板5-制冷片 51-制冷片冷端 52-制冷片热端 6-光学耦合系统7-入射腔镜 701-第一膜层 8-激光介质 801-第一增透膜802-第二增透膜 803-第三膜层 804-第五膜层 9-倍频晶体901-第三增透膜 902-第四增透膜 903-第六膜层 904-第六增透膜 10-出射腔镜 101-第二膜层 102-第五增透膜 103-第四膜层104-第七增透膜 11-散热片 17-温度控制器 18-导线 19-绝热板20-第二热沉 21-第三热沉
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明蓝色激光系统做进一步说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
请看图1，图1是本发明蓝色激光系统的实施例1的结构示意图。由图可以看出，本发明的蓝色激光系统属于端面泵浦的直腔结构，包括激光二极管泵浦源1，沿该激光二极管泵浦源1所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统6、入射腔镜7、激光介质8、倍频晶体9和出射腔镜10，光学耦合系统6将激光二极管泵浦源1的发散光束会聚，会聚的焦点在激光介质8的内部，激光介质8为掺钕钇铝石榴石晶体，倍频晶体9是硼酸钡晶体。
由入射腔镜7的出射端面和出射腔镜10的入射端面组成本发明蓝色激光系统的谐振腔，并使两个腔镜组成光轴与泵浦光的光轴一致。
激光二极管泵浦源1固定于第一热沉2上，该第一热沉2上还固定有一温度传感器3，该温度传感器3随时反馈第一热沉2上的温度变化，即激光二极管泵浦源1的温度变化。
激光介质8固定于第二热沉20上，所述的倍频晶体9固定于第三热沉21上；所述的第一热沉2、第二热沉20和第三热沉21置于一导热板4上，该导热板4的下部紧贴一半导体制冷片5的冷端51，制冷片5的热端52紧贴于一散热片11上，所述导热板4与散热片11之间绕制冷片5的四周设有一层绝热体19；所述的制冷片5和温度传感器3分别通过导线18连接到一温度控制器17上。三个热沉、温度控制器17、温度传感器3、半导体制冷片5、导热板4和散热片11构成一个温度控制系统，当第一热沉2的温度升高时，降低制冷片5的制冷量，当第一热沉2的温度降低时，升高制冷片5的制冷量，从而达到控制和稳定整个激光系统温度的目的。本实施例中温度控制系统控制热沉的温度从而控制激光二极管泵浦源1的温度20℃，使该温度的控制精度在±0.2℃范围内，这时该激光二极管泵浦源1的输出光的波长稳定于808.5nm附近，这也是以掺钕钇铝石榴石作为激光介质8的吸收峰值。
再请看图2，图2是本发明蓝色激光系统的实施例1中谐振腔的结构示意图。由图可以看出，所述的入射腔镜7的出射端面镀有的第一膜层701和出射腔镜10的入射端面镀有的第二膜层101构成本发明蓝色激光系统的谐振腔。
第一膜层701的膜系为R＜30％@1064nm(对应4F3/2-4I11/2能级)&R＞99.5％@946nm(对应4F3/2-4I9/2能级)&R＜30％@1342nm(对应4F3/2-4I13/2能级)&R＜10％@808.5nm(对应激光二极管泵浦源1的出射波长)&R＞90％@473nm。其中，R＜30％@1064nm的含义为对于波长为1064nm的光反射率小于30％，即为对波长1064nm的光增透；R＞99.5％@946nm的含义为对于波长为946nm的光反射率大于99.5％，即为对波长为946nm的光高反射，本文其余均以此解释。第二膜层101的膜系为R＜30％@1064nm&R＞99.5％@946nm&R＜30％@1342nm&R＜5％@473nm。
激光介质8的入射端面上镀有第一增透膜801，激光介质8的出射端面上镀有第二增透膜802；倍频晶体9的入射端面镀有第三增透膜901，倍频晶体9的出射端面镀有第四增透膜902，该第一增透膜801、第二增透膜802、第三增透膜901和第四增透膜902的膜系为R＜1％@946nm&@473nm，出射腔镜10的出射端面镀有第五增透膜102，该第五增透膜的膜系为R＜1％@473nm。
本实施例中的蓝色激光系统在激光二极管泵浦源1的功率为1.3W时，输出的波长为473nm的蓝色激光功率达到153mV，输出的蓝色激光为TEM00模。
实施例2
请看图3，图3是本发明蓝色激光系统的实施例2的结构示意图。由图可以看出，在本实施例中的蓝色激光系统属于端面泵浦的直腔结构，包括激光二极管泵浦源1，沿该激光二极管泵浦源1所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统6、激光介质8、倍频晶体9和出射腔镜10，光学耦合系统6将激光二极管泵浦源1的发散光束会聚，会聚的焦点在激光介质8的内部，激光介质8为掺钕钇铝石榴石晶体，倍频晶体9是硼酸钡晶体。
激光介质8的入射腔面和出射腔镜10的入射端面组成本发明蓝色激光系统的谐振腔，并使谐振腔的光轴与泵浦光的光轴一致。
激光二极管泵浦源1固定于第一热沉2上，该第一热沉2上还固定有一温度传感器3，该温度传感器3随时反馈第一热沉2上的温度变化，即激光二极管泵浦源1的温度变化。
激光介质8固定于第二热沉20上，所述的倍频晶体9固定于第三热沉21上；所述的第一热沉2、第二热沉20和第三热沉21置于一导热板4上，该导热板4的下部紧贴一半导体制冷片5的冷端51，制冷片5的热端52紧贴于一散热片11上，所述导热板4与散热片11之间绕制冷片5的四周设有一层绝热体19；所述的制冷片5和温度传感器3分别通过导线18连接到一温度控制器17上。三个热沉、温度控制器17、温度传感器3、半导体制冷片5、导热板4和散热片11构成一个温度控制系统，当第一热沉2的温度升高时，降低制冷片5的制冷量，当第一热沉2的温度降低时，升高制冷片5的制冷量，从而达到控制和稳定整个激光系统温度的目的。本实施例中温度控制系统控制热沉的温度从而控制激光二极管泵浦源1的温度20℃，使该温度的控制精度在±0.2℃范围内，这时该激光二极管泵浦源1的输出光的波长稳定于808.5nm附近，这也是以掺钕钇铝石榴石作为激光介质8的吸收峰值。
再请看图4，图4是本发明蓝色激光系统的实施例2中谐振腔的结构示意图。由图可以看出，本实施例中激光介质8的入射端面和出射腔镜10上的入射腔面之间构成本实施例的谐振腔，激光介质8的入射端面镀有第三膜层803，该第三膜层803和出射腔镜10的入射腔面上镀有的第四膜层103之间构成谐振腔，第三膜层803的膜系为R＜30％@1064nm&R＞99.5％@9046nm&R＜30％@1342nm&R＜10％@808.5nm&R＞90％@473nm，对激光二极管泵浦源1所发出的泵浦光增透，对输出波长的基频光和倍频光高反射；第四膜层103的膜系为R＜30％@1064nm&R＞99.5％@9046nm&R＜30％@1342nm&5％@473nm，第四膜层103基频光高反射，对倍频光增透；所述的第五膜层804、第六膜层93和第六增透膜904的膜系为R＜1％@9046nm&@473nm，对输出波长的基频光和倍频光增透；所述的第七增透膜104镀于出射腔镜10的出射端面上，该第七增透膜104的膜系为R＜1％@473nm，对输出波长的倍频光增透。
实施例3
实施例3的蓝色激光系统的结构与实施例2结构相同，不同之处在于倍频晶体9的入射端面上的第六膜层93的膜系为R＜1％@9046nm&R＞95％@473nm，激光介质8的入射端面上的第三膜层803的膜系为R＜30％@1064nm&R＞99.5％@9046nm&R＜30％@1342nm&R＜10％@808.5nm。这样，将入射端面对波长473nm光的镀膜要求转移到了倍频晶体9的入射端面上，减轻了入射端面的镀膜难度。
实施例4
实施例4的蓝色激光系统的结构与实施例2结构相同，不同之处在于倍频晶体9的入射端面上的第五膜层903的膜系为R＜1％@946nm&R＞95％@473nm，激光介质8的入射端面上的第三膜层803的膜系为R＜30％@1064nm&R＞99.5％@946nm&R＜30％@1342nm&R＜10％@808.5nm。这样，将入射端面对波长473nm光的镀膜要求转移到了激光晶体8的出射端面上，减轻了入射端面的镀膜难度，
实施例5
本实施例中的蓝色激光系统的结构如实施例1所示，不同之处在于激光介质8由掺钕钒酸钇晶体替代掺钕钇铝石榴石，对应4F3/2-4I9/2能级的基频光波长为914nm，输出的蓝色激光波长为457nm。
实施例6
本实施例中的蓝色激光系统的结构如实施例1所示，不同之处在于蓝色激光系统中的激光介质8由掺钕钒酸镓晶体替代掺钕钇铝石榴石，对应4F3/2-4I11/2能级的基频光波长为912nm，输出的蓝色激光波长为456nm。
本发明的倍频晶体9为硼酸钡晶体，还可以用硼酸铋晶体、三硼酸锂晶体或其它非线性晶体进行替代。
毫无疑问，本发明的蓝色激光系统还可以有其它的结构变换和晶体选择，实现输出不同波长的蓝色激光，因此，本发明的保护范围还包括其它对于本领域技术人员来讲显而易见的替代和变换。
采用本发明的蓝色激光系统输出的蓝色激光效率高，激光输出的模式和输出功率稳定，使得结构简单可靠。
Claims (8)
1.一种蓝色激光系统，包括激光二极管泵浦源(1)，其特征在于沿该激光二极管泵浦源(1)所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统(6)、入射腔镜(7)、激光介质(8)、倍频晶体(9)和出射腔镜(10)；
所述的激光二极管泵浦源(1)固定于第一热沉(2)上，该第一热沉(2)上还固定有一温度传感器(3)；所述的激光介质(8)固定于第二热沉(20)上，所述的倍频晶体(9)固定于第三热沉(21)上；所述的第一热沉(2)、第二热沉(20)和第三热沉(21)置于一导热板(4)上，该导热板(4)的下部紧贴一制冷片(5)的冷端(51)，制冷片(5)的热端(52)紧贴于一散热片(11)上，所述导热板(4)与散热片(11)之间绕制冷片(5)四周设有一层绝热体(19)；所述的制冷片(5)和温度传感器(3)分别通过导线(18)连接到一温度控制器(17)上；
所述的入射腔镜(7)的出射端面镀有第一膜层(701)；激光介质(8)的入射端面上镀有第一增透膜(801)，激光介质(8)的出射端面上镀有第二增透膜(802)；倍频晶体(9)的入射端面镀有第三增透膜(901)，倍频晶体(9)的出射端面镀有第四增透膜(902)；出射腔镜(10)的入射端面镀有第二膜层(101)，出射腔镜(10)的出射端面镀有第五增透膜(102)。
2.根据权利要求1所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的第一膜层(701)和第二膜层(101)之间构成谐振腔，第一膜层(701)对所述激光二极管泵浦源(1)所发出的泵浦光增透，对输出波长的基频光和倍频光高反射；第二膜层(101)对基频光高反射，对倍频光增透；所述的第一增透膜(801)、第二增透膜(802)、第三增透膜(901)、第四增透膜(902)对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第五增透膜(102)对输出波长的倍频光增透。
3.根据权利要求1或2所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的激光介质(8)为掺钕钒酸钇晶体、或为掺钕钒酸镓晶体、或为掺钕钇铝石榴石晶体。
4.一种蓝色激光系统，包括激光二极管泵浦源(1)，其特征在于沿激光二极管泵浦源(1)所发出的光束前进方向依次设有光学耦合系统(6)、激光介质(8)、倍频晶体(9)和出射腔镜(10)；
所述的激光二极管泵浦源(1)固定于第一热沉(2)上，该第一热沉(2)上还固定有一温度传感器(3)；所述的激光介质(8)置于第二热沉(20)上，所述的倍频晶体(9)置于第三热沉(21)上；所述的第一热沉(2)、第二热沉(20)和第三热沉(21)置于一导热板(4)上，该导热板(4)紧贴一制冷片(5)的冷端(51)，制冷片(5)热端(52)紧贴于一散热片(11)上，所述导热板(4)与散热片(11)之间绕制冷片(5)设有一层绝热体(19)；所述的制冷片(5)和温度传感器(3)分别通过导线(18)连接到一温度控制器(17)上；
所述的激光介质(8)的入射端面上镀有第三膜层(803)，激光介质(8)的出射端面上镀有第五膜层(804)；倍频晶体(9)的入射端面镀有第六膜层(903)，倍频晶体(9)的出射端面镀有第六增透膜(904)；出射腔镜(10)的入射端面镀有第四膜层(103)，出射腔镜(10)的出射端面镀有第七增透膜(104)。
5.根据权利要求4所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的第三膜层(803)和第四膜层(103)之间构成谐振腔，第三膜层(803)对所述激光二极管泵浦源(1)所发出的泵浦光增透，对输出波长的基频光和倍频光高反射；第四膜层(103)对基频光高反射，对倍频光增透；所述的第五膜层(804)、第六膜层(903)和第六增透膜(904)对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜(104)对输出波长的倍频光增透。
6.根据权利要求4所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的第三膜层(803)和第四膜层(103)之间构成谐振腔，第三膜层(803)对所述激光二极管泵浦源(1)所发出的泵浦光增透，对输出波长的倍频光高反射；第四膜层(103)对输出波长的基频光高反射，对倍频光增透；所述的第五膜层(804)对输出波长的基频光增透，对其倍频光高反射，所述的第六膜层(903)和第六增透膜(904)对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜(104)对输出波长的倍频光增透。
7.根据权利要求4所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的第三膜层(803)和第四膜层(103)之间构成谐振腔，第三膜层(803)对所述激光二极管泵浦源(1)所发出的泵浦光增透，对输出波长的倍频光高反射；第四膜层(103)对输出波长的基频光高反射，对其倍频光增透；所述的第六膜层(903)对输出波长的基频光增透，对其倍频光高反射，所述的第五膜层(804)和第六增透膜(904)对输出波长的基频光和倍频光增透，所述的第七增透膜(104)对输出波长的倍频光增透。
8.根据权利要求1或4所述的蓝色激光系统，其特征在于所述的倍频晶体(9)为硼酸铋晶体、或为硼酸钡晶体、或为三硼酸锂晶体。
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2007
- 2007-01-26 CN CN 200710036881 patent/CN101009418A/zh active Pending
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