CN101159364A - LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器 - Google Patents
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Abstract
LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，属于固体激光器领域，它是利用LD端面泵浦掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)产生基频光，经拉曼晶体钨酸锶(SrWO4)后转为拉曼光，然后用倍频晶体磷酸氧钛钾(KTP)进行腔内倍频，最终产生黄色激光。该黄光激光器具有体积小，性能稳定，功率高，成本低等优点，具有广泛的实用性。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种固体激光器，特别是一种LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器。
(二)背景技术
目前国外已经有关于固体黄光激光器的报道，他们主要采用两种方式来实现：一是将两束光和频(Intracavity sum-frequency generation of 3.23 W continuous-wave yellow light in anNd:YAG laser，《Optics Communications》，Vol.255，2005，248-252)，二是在腔内使用倍频技术(Efficient all-solid-state yellow laser source producing 1.2-W average power，《Optics Letters》，Vol.24，1999，1490-1492)。与腔内倍频的方法相比，和频的方法具有体积大，功率低，转换效率差，结构不稳定，难以实现等缺点。而目前的腔内倍频又多是采用三硼酸锂单晶(LBO)做倍频晶体，但是三硼酸锂晶体LBO具有易潮解，价格高，非线性系数小，并且相位匹配受温度影响较大，需要保持温度恒定等苛刻条件限制，不易控制。
(三)发明内容
为克服现有技术的缺陷，以实现体积小，功率高，转换效率大且结构稳定的黄光激光器，本发明提供一种LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器。
一种LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，包括激光二极管LD端面泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钨酸锶SrWO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；由LD端面泵浦源发出的泵浦光经光纤和耦合透镜进入谐振腔内，其特征在于谐振腔由后腔镜和输出镜组成，前端是后腔镜，后端是输出镜，谐振腔内依次放置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钨酸锶SrWO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内，金属块内的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。
所述的激光二极管LD端面泵浦源是808nm LD端面泵浦源。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体的两个端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体用作激光介质，产生基频光。
所述的声光调Q装置由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜；射频波调制频率为8-30KHz，通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
所述的钨酸锶SrWO4晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，钨酸锶SrWO4晶体用作拉曼介质，将基频光转化为拉曼光。
所述的磷酸氧钛钾KTP晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，磷酸氧钛钾KTP晶体用作倍频晶体，将拉曼光转化为黄光。
所述的后腔镜镀有对波长为808nm的泵浦光增透的膜和对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜。
所述的输出镜镀有对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜，并且该膜对波长为587nm的光具有高的透射率。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体的掺杂浓度为0.6％-1.5％。
后腔镜和输出镜的曲率可根据实际情况选择。激光晶体Nd:YAG，拉曼晶体SrWO4，倍频晶体KTP以及声光调Q晶体均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜。基频晶体Nd:YAG的掺杂浓度为0.6％-1.5％，由于Nd:YAG的受激发射截面较大，是一种优良的激光介质，所以，我们在激光器中采用Nd:YAG作为激光介质。SrWO4晶体是一种新的优良拉曼介质，并且SrWO4晶体的长度较大，十分适合于本发明的需要。KTP晶体需要根据情况考虑相位匹配角度进行切割，这样可以有效的提高激光器的性能。本发明中的所有晶体的长度均可以根据具体要求进行选取；晶体的端面面积可以根据光束截面的面积来确定。
由于拉曼效应为三阶的非线性效应，需要基频光具有较高的峰值功率，所以我们在激光器中使用调Q装置，这样可以大大提高基频光的峰值功率，从而提高基频光到拉曼光的转换效率，明显的增大了黄色激光的输出功率，有效的提高了该激光器的性能。
激光器的工作流程如下：LD端面泵浦源发出的波长为808nm的泵浦光经光纤和耦合透镜进入Nd:YAG激光晶体，当声光调Q装置的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关打开时，积攒的大量反转粒子瞬间通过受激辐射转为基频光；具有较高峰值功率的基频光经过SrWO4拉曼晶体，由于受激拉曼散射的作用转为拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体处经过倍频效应转为黄光，并由输出镜输出。
本发明提出了一种新的组合方式，使用激光二极管LD端面泵浦源，掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体，钨酸锶SrWO4拉曼晶体，KTP倍频晶体，采用腔内倍频拉曼光的方式来产生黄色激光，成功解决了上述激光器的各种缺点，提供了一种新的全固体高功率黄光激光器，本发明激光头的体积为10cm×10cm×20cm左右，与背景技术中的相比较体积小，成本低，效率高，光转换效率可达10％，黄光的输出功率可达1W，且性能稳定。
(四)附图说明
图1是本发明激光器光路结构示意图。
其中：1.LD端面泵浦源，2.光纤，3.耦合透镜，4.后腔镜，5.掺钕钇铝石榴石晶体，6.声光调Q装置，7.钨酸锶SrWO4，8.KTP晶体，9.输出镜。
(五)具体实施方式
实施例1：
本发明装置如图1所示，包括激光二极管LD端面泵浦源1、光纤2、耦合透镜3、谐振腔、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5、声光调Q装置6、钨酸锶SrWO4晶体7和磷酸氧钛钾KTP晶体8；由LD端面泵浦源1发出的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入谐振腔内，其特征在于谐振腔由后腔镜4和输出镜9组成，前端是后腔镜4，后端是输出镜9，谐振腔内依次放置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5、声光调Q装置6、钨酸锶SrWO4晶体7和磷酸氧钛钾KTP晶体8；上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内，金属块内的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。
所述的激光二极管LD端面泵浦源1是808nm LD端面泵浦源。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5的两个端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5用作激光介质，产生基频光。
所述的声光调Q装置6由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜；射频波调制频率为10KHz，通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
所述的钨酸锶SrWO4晶体7的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，钨酸锶SrWO4晶体用作拉曼介质，将基频光转化为拉曼光。
所述的磷酸氧钛钾KTP晶体8的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜，磷酸氧钛钾KTP晶体8用作倍频晶体，将拉曼光转化为黄光。
所述的后腔镜4的曲率半径为3000mm，镀有对波长为808nm的泵浦光增透的膜和对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜。
所述的输出镜9镀有对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜，并且该膜对波长为587nm的光高透。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的掺杂浓度为0.8％。
激光器的工作流程：LD端面泵浦源1发出808nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2 nm基频光；具有较高峰值功率的基频光经过钨酸锶SrWO4晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为1179.6nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为590nm黄光，并由输出镜9输出。
实施例2：
与实施例1相同，只是所述的声光调Q装置6的射频波调制频率为15KHz；所述的后腔镜4的曲率半径为1000mm；所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的掺杂浓度为1％。
激光器的工作流程：LD端面泵浦源1发出808nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；具有较高峰值功率的基频光经过钨酸锶SrWO4晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为1179.6nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为590nm黄光，并由输出镜9输出。
实施例3：
与实施例1相同，只是所述的声光调Q装置6的射频波调制频率为25KHz；所述的后腔镜4的曲率半径为1000mm；所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的掺杂浓度为1.2％。
激光器的工作流程：LD端面泵浦源1发出808nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；具有较高峰值功率的基频光经过钨酸锶SrWO4晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为1179.6nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为590nm黄光，并由输出镜9输出。
上述三个实施例中的耦合光纤2的纤芯直径为400μm，数值孔径为0.22，最高输出功率为32W。输出镜9均为平镜。并且所有晶体均经过水冷降温。
Claims (9)
1.一种LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，包括激光二极管LD端面泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钨酸锶SrWO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；由LD端面泵浦源发出的泵浦光经光纤和耦合透镜进入谐振腔内，其特征在于谐振腔由后腔镜和输出镜组成，前端是后腔镜，后端是输出镜，谐振腔内依次放置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钨酸锶SrWO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内，金属块内的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。
2.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的激光二极管LD端面泵浦源是808nm LD端面泵浦源。
3.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体的两个端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜。
4.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的声光调Q装置由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜；射频波调制频率为8-30KHz。
5.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的钨酸锶SrWO4晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜。
6.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的磷酸氧钛钾KTP晶体的两端面均镀有对波长为1000nm-1200nm的光增透的膜。
7.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的后腔镜镀有对波长为808nm的泵浦光增透的膜和对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜。
8.如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的输出镜镀有对波长为1000nm-1200nm的光高反的膜，并且该膜对波长为587nm的光高透。
9.如权利要求1和3所述的LD端泵Nd:YAG/SrWO4/KTP黄光激光器，其特征在于所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体的掺杂浓度为0.6％-1.5％。
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