CN101345388B - 红、黄、绿同时输出的固体激光装置及其激光产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置及其激光产生方法，以掺杂Nd³⁺的激光晶体作为工作物质，利用偏振分束器将1.3微米和1.0微米波段范围的激光分别分成“S”偏振和“P”偏振光，不同波长不同偏振方向基频光在各自相对独立的谐振腔内分别形成振荡，同时与非线性光学频率变换技术及声光调Q技术相结合，实现了红、绿、黄三波长准连续激光同时输出。本发明操作方便灵活，充分利用了基频光的能量，具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全等优点，广泛用于激光医学、激光彩色显示、大气监测、科学实验、天文、国防及科学研究领域。

Description

红、黄、绿同时输出的固体激光装置及其激光产生方法

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别涉及全固态0.5微米波段范围绿光、0.5微米波段范围黄光及0.6微米波段范围红光三波长红、黄、绿同时输出的固体激光装置及三波长可见激光的产生方法。

背景技术

自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，各类激光器及激光技术发展极为迅速，其中，多波长激光器的发展备受瞩目，由于它克服了传统激光器输出单一波长的缺陷，在激光医学、激光彩色显示、激光全彩色电影、大气监测及科学实验中占有重要的地位，颇有理论研究价值和应用价值，国内外都有利用非线性光学晶体进行激光频率变换以获得多波长激光的相关报道。如采用一台全固态锁模激光器和一台光纤激光器提供的基频光通过腔外倍频与和频获红、绿、蓝三基色激光同时输出(US.Patent，Pub.No.：US2001/0010698A1，RGB Laser Radiation Source)；中国专利(公开号：1411113A)中采用一块PPKTP晶体实现了红、黄、蓝三波长激光同时输出。在上述两项技术中，一方面它们均不能提供红、黄、绿三波长激光同时输出，而红、黄、绿三波长激光器不仅可以用于激光演示，还是全固态医用激光光源之一，即全固态多波长激光眼底病治疗仪器的核心设备，因此，开发设计此三波长可见光激光器有着重要的实际应用价值；另一方面，前者所用光纤和后者所用的周期极化晶体价格都很昂贵，而且前者利用腔外倍频与和频技术，相对于腔内倍频与和频而言，功率密度低，转换效率低，而后者，用于和频产生黄光的1064nm和1319nm基频光来源于同一块增益介质Nd:YAG，要想有好的功率配比和空间相干性对谐振腔镜的透过率和镀膜要求较高，工艺较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种全固态红、黄、绿三波长同时输出激光器，采用两块激光晶体提供不同波长的基频光，同时应用腔内倍频技术和镀有偏振膜的分束镜对双波长基频光的不同偏振态进行控制，充分利用了基频光的能量，是具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全的全固态红、黄、绿三波长激光同时输出的激光装置。

本发明的另一目的在于提供红、黄、绿三波长激光的产生方法。

为了克服上述现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种全固态红、黄、绿三波长同时输出激光装置，包括第一平凹全反射端镜，入射第一平凹全反射端镜的水平光路上依次设置有第一声光调Q晶体、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体及其侧面第一泵浦源、第一偏振分束器、第一谐波反射镜、和频晶体、第一平面反射端镜；与所述水平光路垂直的光路上面向第一偏振分束器的一面依次设置有第二平凹全反射端镜、第二声光调Q晶体、第二掺杂Nd³⁺的激光晶体及其侧面第二泵浦源，第一偏振分束器的另一面下方依次设置有第二偏振分束器和第四平面反射镜，第二偏振分束器的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜、第一倍频晶体、第二平面反射端镜；第四平面反射镜的水平光路上依次设置有第三谐波反射镜、第二倍频晶体、第三平面反射端镜；其中，

所述第一偏振分束器靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透(透过率T＞99.8％)、1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反(反射率R＞99.8％)及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透(透过率T＞99.8％)的三色膜，靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透(透过率T＞99.8％)、1.3微米波段范围基频光‘S’偏振高反(反射率R＞99.8％)及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透(透过率T＞99.8％)的三色膜，所述第一偏振分束器(4)靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)的一面与靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)的一面均与水平正向夹角为135°；

所述第二偏振分束器为宽带偏振分光棱镜，宽带偏振分光棱镜对0.9微米波段到1.3微米波段范围基频光实现‘S’偏振透射和‘P’偏振反射，或第二偏振分束器是镀有偏振膜的平面镜，靠近第一偏振分束器的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透(透过率T＞99.8％)及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反(反射率R＞99.8％)的双色膜，另一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透膜(透过率T＞99.8％))；第四平面反射镜靠近第二倍频晶体的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反膜(反射率R＞99.8％)；

所述第一平凹全反射端镜面向第一声光调Q晶体的一面镀有1.0微米波段基频光全反膜(反射率R＞99.9％)；第二平凹全反射端镜面向第二声光调Q晶体的一面镀有1.3微米波段基频光全反膜(反射率R＞99.9％)；第一平面反射端镜面向和频晶体的一面镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的全反双色膜(反射率R＞99.9％)及0.5微米波段范围和频光的增透膜(透过率T＞99.9％)，另一面镀有0.5微米波段范围和频光的增透膜(透过率T＞99.8％)；第二平面反射端镜面向第一倍频晶体的一面镀有1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反(反射率R＞99.8％)和0.6微米波段范围倍频光的增透(透过率T＞99.8％)的双色膜；第三平面反射端镜面向第二倍频晶体的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反(反射率R＞99.8％)和0.5微米波段范围倍频光增透(透过率T＞99.8％)的双色膜；

所述第一谐波反射镜两面均镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的增透膜(透过率T＞99.9％)，其中面向和频晶体的一面还镀有0.5微米波段范围和频黄光的高反膜(反射率R＞99.8％)；第二谐波反射镜两面均镀有1.3微米波段范围基频光的增透膜(透过率T＞99.9％)，其中面向第一倍频晶体的一面还镀有0.6微米波段范围倍频红光的高反膜(反射率R＞99.8％)；第三谐波反射镜两面均镀有1.0微米波段范围基频光的增透膜(透过率T＞99.9％)，其中面向第二倍频晶体的一面还镀有0.5微米波段范围倍频绿光的高反膜(反射率R＞99.8％)。

所述第一平凹全反射端镜和第二平凹全反射端镜的曲率半径选取范围为800～1200mm。

所述和频晶体、第一倍频晶体和第二倍频晶体可以是三硼酸锂(LBO)、β-偏硼酸钡(BBO)、磷酸钛氧钾(KTP)晶体中的同一种、不同的两种或三种晶体。

所述第一掺杂Nd³⁺的激光晶体和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体可以是掺钕钇铝石榴石(Nd³⁺:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd³⁺:YVO₄)、掺钕铝酸钇(Nd³⁺:YAP)、掺钕氟化钇锂(Nd³⁺:YLF)等激光晶体中的同一种或不同两种晶体。

所述第一声光调Q晶体和第二声光调Q晶体受同一驱动源控制。

所述第一侧面泵浦源和第二侧面泵浦源可以是激光二极管泵浦源也可以是氙灯泵浦源。

一种激光器激光产生方法，按下述步骤进行：

1)、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体分别吸收侧面第一泵浦源和侧面第二泵浦源辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd³⁺在能级⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2之间分别跃迁，产生1.0微米和1.3微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由第一掺杂Nd³⁺的激光晶体提供的1.0微米波段范围的基频光由第一平凹全反射端镜，经第一声光调Q晶体、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体入射到第一偏振分束器，第一偏振分束器将其分成两路偏振光，分别为1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光和1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光，所述1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器反射、第二偏振分束器透射、第四平面反射镜反射及第三谐波反射镜透射后入射到第二倍频晶体，经第二倍频晶体倍频产生绿光，产生的倍频绿光与未经转换的1.0微米‘S’偏振基频光一同到达第三平面反射端镜，‘S’偏振基频光经反射再次通过第二倍频晶体倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平凹全反射端镜，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜反射后一同水平输出腔外；

2)、由第二掺杂Nd³⁺的激光晶体提供的1.3微米波段范围的基频光由第二平凹全反射端镜反射，经第二声光调Q晶体、第二掺杂Nd³⁺的激光晶体入射到第一偏振分束器，第一偏振分束器也将其分成两路偏振光，分别为1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光，所述1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器透射、第二偏振分束器反射及第二谐波反射镜透射后入射到第一倍频晶体，产生的倍频红光与未经转换的1.3微米‘P’偏振基频光一同到达第二平面反射端镜，‘P’偏振基频光经反射再次通过第一倍频晶体后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜，两不次倍频产生的红光被第二谐波反射镜反射后一同水平输出腔外；

3)、所述1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器透射与所述1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器反射后一同经第一谐波反射镜入射到和频晶体，经和频作用，产生的和频黄光与未经转换的1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光一同到达第一平面反射端镜，两波长基频光经反射再次通过和频晶体和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反射端镜和第二平凹全反射端镜，两次和频产生的黄光被第一谐波反射镜反射后水平输出腔外。

本发明与现有技术相比，全固态红、黄、绿三波长同时输出激光装置采用镀有偏振膜的偏振分束镜，将双波长基频光分别分成偏振态不同的光，使其在各自相应的谐振腔内分别振荡，每一路光都可以独立进行调节，使操作更为方便灵活，而且可以使其在和频过程中有更好的空间相干性，同时也避免了腔内插入起偏器等光学元件造成对基波的损失，充分利用了基频光的能量，具有转换效率高、结构紧凑、调节灵活方便等特点，广泛用于激光医学、激光彩色显示、激光全彩色电影、大气监测、科学实验、天文、国防及科学研究领域。

附图说明

图1为本发明全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置的结构示意图；

具体实施方式

附图1为本发明的实施例。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

参照图1所示，全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置，包括第一平凹全反射端镜1，入射第一平凹全反射端镜1的水平光路上依次置有第一声光调Q晶体12、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14及其侧面第一泵浦源15、第一偏振分束器4、第一谐波反射镜7、和频晶体18、第一平面反射端镜3；与所述水平光路垂直的光路上面向第一偏振分束器4的一面依次设置有第二平凹全反射端镜2、第二声光调Q晶体13、第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16及其侧面第二泵浦源17，第一偏振分束器4的另一面下方依次设置有第二偏振分束器10和第四平面反射镜11，第二偏振分束器10的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜8、第一倍频晶体19、第二平面反射端镜5；第四平面反射镜11的水平光路上依次设置有第三谐波反射镜9、第二倍频晶体20、第三平面反射端镜6。其中，所述第一偏振分束器4靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透、1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透的三色膜，靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透、1.3微米波段范围基频光‘S’偏振高反及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透的三色膜，所述第一偏振分束器4靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14的一面与靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16的一面均与水平正向夹角为135°。

所述第二偏振分束器10为宽带偏振分光棱镜，宽带偏振分光棱镜对0.9微米波段到1.3微米波段范围基频光实现‘S’偏振透射和‘P’偏振反射，或所述第二偏振分束器是镀有偏振膜的平面镜，靠近第一偏振分束器4的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反的双色膜，另一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透膜；第四平面反射镜11靠近第二倍频晶体20的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反膜。

所述第一平凹全反射端镜1面向第一声光调Q晶体12的一面镀有1.0微米波段基频光全反膜；第二平凹全反射端镜2面向第二声光调Q晶体13的一面镀有1.3微米波段基频光全反膜；第一平面反射端镜3面向和频晶体18的一面镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的全反双色膜及0.5微米波段范围和频光的增透膜，另一面镀有0.5微米波段范围和频光的增透膜；第二平面反射端镜5面向第一倍频晶体19的一面镀有1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反和0.6微米波段范围倍频光增透的双色膜；第三平面反射端镜6面向第二倍频晶体20的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反和0.5微米波段范围倍频光增透的双色膜。

所述第一谐波反射镜7两面均镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的增透膜，其中面向和频晶体18的一面还镀有0.5微米波段范围和频黄光的高反膜；第二谐波反射镜8两面均镀有1.3微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第一倍频晶体19的一面还镀有0.6微米波段范围倍频红光的高反膜；第三谐波反射镜9两面均镀有1.0微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第二倍频晶体20的一面还镀有0.5微米波段范围倍频绿光的高反膜。

所述第一平凹全反射端镜1和第二平凹全反射端镜2的曲率半径选取范围为800～1200mm。

所述和频晶体18、第一倍频晶体19和第二倍频晶体20为三硼酸锂LBO、β-偏硼酸钡BBO、磷酸钛氧钾KTP晶体中的同一种、不同的两种或三种晶体。

所述第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16为掺钕钇铝石榴石Nd³⁺:YAG、掺钕钒酸钇Nd³⁺:YVO₄、掺钕铝酸钇Nd³⁺:YAP、掺钕氟化钇锂Nd³⁺:YLF激光晶体中的同一种或其中的两种晶体。

所述第一声光调Q晶体12和第二声光调Q晶体13受同一驱动源控制。

所述侧面第一泵浦源15和侧面第二泵浦源17为激光二极管泵浦源或是氙灯泵浦源。

三波长激光装置的激光产生方法，按下述步骤进行：

1)、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16分别吸收侧面第一泵浦源15和侧面第二泵浦源17辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd³⁺在能级⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2之间分别跃迁，产生1.0微米和1.3微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14提供的1.0微米波段范围的基频光由第一平凹全反射端镜1，经第一声光调Q晶体12、第一掺杂Nd3+的激光晶体14入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4将其分成两路偏振光，分别为1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光和1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光，所述1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器4反射、第二偏振分束器10透射、第四平面反射镜11反射及第三谐波反射镜9透射后入射到第二倍频晶体20，经第二倍频晶体20倍频产生绿光，产生的倍频绿光与未经转换的1.0微米‘S’偏振基频光一同到达第三平面反射端镜6，‘S’偏振基频光经反射再次通过第二倍频晶体20倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平凹全反射端镜1，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜9反射后一同水平输出腔外；

2)、由第二掺杂Nd3+的激光晶体16提供的1.3微米波段范围的基频光由第二平凹全反射端镜2反射，经第二声光调Q晶体13、第二掺杂Nd3+的激光晶体16入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4也将其分成两路偏振光，分别为1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光，所述1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器4透射、第二偏振分束器10反射及第二谐波反射镜8透射后入射到第一倍频晶体19，产生的倍频红光与未经转换的1.3微米‘P’偏振基频光一同到达第二平面反射端镜5，‘P’偏振基频光经反射再次通过第一倍频晶体19后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜2，两次倍频产生的红光被第二谐波反射镜8反射后一同水平输出腔外；

3)、所述1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器4透射与所述1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器4反射后一同经第一谐波反射镜7入射到和频晶体18，经和频作用，产生的和频黄光与未经转换的1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光一同到达第一平面反射端镜3，两波长基频光经反射再次通过和频晶体18和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反射端镜1和第二平凹全反射端镜2，两次和频产生的黄光被第一谐波反射镜7反射后水平输出腔外。

实施例1

图1为LD侧面泵浦Nd³⁺:YAG同时输出660nm红光、532nm绿光、589nm黄光三波长可见光激光装置。该装置第一平凹全反射端镜1分别与第一平面反射端镜3和第三平面反射端镜6构成1064nm“P”偏振和“S”偏振谐振腔；第二平凹全反射端镜2分别与第一平面反射端镜3和第二平面反射端镜5构成1319nm“S”偏振和“P”偏振谐振腔。入射第一平凹全反射端镜1的水平光路上依次设置有第一声光调Q晶体12、第一Nd:YAG激光晶体14、第一偏振分束器4、第一谐波反射镜7、和频晶体18和第一平面反射端镜3；与所述水平光路垂直的光路上面向第一偏振分束器4的一面依次设置有第二平凹全反射端镜2、第二声光调Q晶体13、第二Nd:YAG激光晶体16及其侧面第二泵浦源17，第一偏振分束器4的另一面下方依次设置有第二偏振分束器10和第四平面反射镜11；第二偏振分束器10的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜8、第一倍频晶体19、第二平面反射端镜5；第四平面反射镜11的水平光路上依次设置有第三谐波反射镜9、第二倍频晶体20、第三平面反射端镜6。

第一平凹全反射端镜1与第二平凹全反射端镜2均固定在二维调整架上，曲率半径均选取为R＝100cm，凹面分别镀有1064nm和1319nm高反膜(反射率均大于99.8％)，直径均为Φ＝20mm。第一平面反射端镜3面向和频晶体18的一面镀有对1064nm和1319nm高反(反射率大于99.8％)和589nm高透(透过率大于99.8％)的三色膜，另一面镀589nm增透膜(透过率大于99.8％)；第二平面反射端镜5的直径为Φ＝20mm，面向第一倍频晶体19的一面镀有1319nm和660nm双色高反膜(反射率均大于99.8％)；第三平面反射端镜6的直径为Φ＝20mm，面向第二倍频晶体20一面镀有1064nm和532nm双色高反膜(反射率均大于99.8％)。

第一谐波反射镜7直径为Φ＝20mm，靠近和频晶体18的一面镀有1064nm、1319nm高透(透过率大于99.8％)和589nm高反(反射率大于99.8％)的三色膜，另一面镀有1064nm和1319nm高透(透过率大于99.8％)的双色膜；第二谐波反射镜8直径为Φ＝20mm，靠近第一倍频晶体19的一面镀有1319nm高透(透过率大于99.8％)和660nm高反(反射率大于99.8％)的双色膜，另一面镀有镀有1319nm高透(透过率大于99.8％)膜；第三谐波反射镜9直径为Φ＝20mm，靠近第二倍频晶体20的一面镀有1064nm高透(透过率大于99.8％)和532nm高反(反射率大于99.8％)的双色膜，另一面镀有镀有1064nm高透(透过率大于99.8％)膜。

第一偏振分束器4靠近第一Nd:YAG激光晶体14的一面镀有1064nm 45°“P”偏振高透(透过率大于99.8％)、“S”偏振高反(反射率大于99.8％)、1319nm45°“P”偏振高透(透过率大于99.8％)的三色膜，另一面镀有1064nm和1319nm45°“P”偏振高透(透过率均大于99.8％)、1319nm 45°“S”偏振高反(反射率大于99.8％)的三色膜；第二偏振分束器10靠近第一偏振分束器4的一面镀有1064nm 45°“S”偏振高透(透过率大于99.8％)、1319nm 45°“P”偏振高反(反射率大于99.8％)的双色膜，另一面镀有1064nm 45°“S”偏振高透(透过率大于99.8％)膜；第四平面反射镜11靠近第二偏振分束器10的一面镀有1064nm 45°“S”偏振高反(反射率大于99.8％)膜。

第一偏振分束器4靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体14的一面与靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体16的一面均与水平正向夹角为135°；第二偏振分束器10和第四平面反射镜11平行放置于垂直光路上，均与水平正向成135°夹角。

第一Nd:YAG激光晶体14和第二Nd:YAG激光晶体16中Nd³⁺的掺杂浓度均为1.0％，尺寸为Φ3×10mm，第一Nd:YAG激光晶体14两通光面均镀有1064nm高透膜(透过率均大于99.8％)，第二Nd:YAG激光晶体16的两通光面均镀有1064nm和1319nm双色高透膜(透过率均大于99.8％)。

和频晶体18选用II类临界相位匹配的KTP晶体(θ＝78.9°，Φ＝0°)，尺寸为3×3×5mm³，两通光面均镀有1064nm、1319nm和589nm三色增透膜(透过率均大于99.8％)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。

第一倍频晶体19选用I类非临界相位匹配的LBO晶体(θ＝85.9°，Φ＝0°)，尺寸为3×3×5mm³，两通光面均镀有1319nm和660nm双色增透膜(透过率均大于99.8％)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。

第二倍频晶体20为II类临界相位匹配的(θ＝90°，Φ＝23.8°)KTP晶体，尺寸为3mm×3mm×5mm，两通光面均镀有1064nm和532nm双色增透膜(透过率均大于99.8％)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。

第一Nd:YAG激光晶体14、第二Nd³⁺:YAG激光晶体16与和频晶体KTP18、第一倍频晶体LBO19、第二倍频晶体KTP20均采用循环水冷却，冷却温度范围在18～22℃。

第一声光调Q晶体12第二声光调Q晶体13受同一驱动源控制中心频率为27kHz，其调制频率在1～50kHz可调。

第一Nd:YAG激光晶体14和第二Nd:YAG激光晶体16分别吸收第一侧面泵浦源15和第二侧面泵浦源17辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd³⁺在能级⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2之间分别跃迁，产生1064nm和1319nm的受激荧光辐射，其中由第一Nd:YAG激光晶体14提供的1064nm基频光由第一平凹全反射端镜1，经第一声光调Q晶体12、第一Nd:YAG激光晶体14入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4将其分成两路偏振光，分别为1064nm的‘S’偏振基频光和1064nm的‘P’偏振基频光，所述1064nm的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器4反射、第二偏振分束器10透射、第四平面反射镜11反射及第三谐波反射镜9透射后入射到第二倍频晶体KTP20，经倍频，产生的倍频绿光与未经转换的1064nm‘S’偏振基频光一同到达第三平面反射端镜6，基频光经反射再次通过第二倍频晶体KTP20倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平凹全反射端镜1，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜9反射后一同水平输出腔外；

由第二Nd:YAG激光晶体16提供的1319nm基频光由第二平凹全反射端镜2，经第二声光调Q晶体13、第二Nd:YAG激光晶体16入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4也将其分成两路偏振光，分别为1319nm的‘P’偏振基频光和1319nm的‘S’偏振基频光，所述1319nm的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器4透射、第二偏振分束器10反射及第二谐波反射镜8透射后入射到第一倍频晶体LBO19，产生的倍频红光与未经转换的1319nm‘P’偏振基频光一同到达第二平面反射端镜5，‘P’偏振基频光经反射再次通过第一倍频晶体LBO19后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜2，两次倍频产生的红光被第二谐波反射镜8反射后一同水平输出腔外；

所述1064nm的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器4透射与所述1319nm的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器4反射后一同经第一谐波反射镜7入射到和频晶体KTP18，经和频作用，产生的589nm黄光与未经转换的1064nm‘P’偏振基频光和1319nm‘S’偏振基频光一同到达第一平面反射端镜3，两波长基频光经反射再次通过和频晶体KYP18和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反射端镜1和第二平凹全反射端镜2，两次和频产生的589nm黄光被第一谐波反射镜7反射后水平输出腔外。

Claims (7)

1.一种红、黄、绿同时输出的固体激光装置，包括第一平凹全反射端镜(1)，其特征在于，入射第一平凹全反射端镜(1)的水平光路上依次置有第一声光调Q晶体(12)、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)及其侧面第一泵浦源(15)、第一偏振分束器(4)、第一谐波反射镜(7)、和频晶体(18)、第一平面反射端镜(3)；与所述水平光路垂直的光路上面向第一偏振分束器(4)的一面依次设置有第二平凹全反射端镜(2)、第二声光调Q晶体(13)、第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)及其侧面第二泵浦源(17)，第一偏振分束器(4)的另一面下方依次设置有第二偏振分束器(10)和第四平面反射镜(11)，第二偏振分束器(10)的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜(8)、第一倍频晶体(19)、第二平面反射端镜(5)；第四平面反射镜(11)的水平光路上依次设置有第三谐波反射镜(9)、第二倍频晶体(20)、第三平面反射端镜(6)，其中

所述第一偏振分束器(4)靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透、1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透的三色膜，靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘P’偏振增透、1.3微米波段范围基频光‘S’偏振高反及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高透的三色膜，所述第一偏振分束器(4)靠近第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)的一面与靠近第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)的一面均与水平正向夹角为135°；

所述第二偏振分束器(10)为宽带偏振分光棱镜，宽带偏振分光棱镜对0.9微米波段到1.3微米波段范围基频光实现‘S’偏振透射和‘P’偏振反射，或所述第二偏振分束器是镀有偏振膜的平面镜，靠近第一偏振分束器(4)的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透及1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反的双色膜，另一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高透膜；第四平面反射镜(11)靠近第二倍频晶体(20)的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反膜；

所述第一平凹全反射端镜(1)面向第一声光调Q晶体(12)的一面镀有1.0微米波段基频光全反膜；第二平凹全反射端镜(2)面向第二声光调Q晶体(13)的一面镀有1.3微米波段基频光全反膜；第一平面反射端镜(3)面向和频晶体(18)的一面镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的全反双色膜及0.5微米波段范围和频光的增透膜，另一面镀有0.5微米波段范围和频光的增透膜；第二平面反射端镜(5)面向第一倍频晶体(19)的一面镀有1.3微米波段范围基频光‘P’偏振高反和0.6微米波段范围倍频光的增透的双色膜；第三平面反射端镜(6)面向第二倍频晶体(20)的一面镀有1.0微米波段范围基频光‘S’偏振高反和0.5微米波段范围倍频光的增透的双色膜；

所述第一谐波反射镜(7)两面均镀有1.0和1.3微米波段范围基频光的增透膜，其中面向和频晶体(18)的一面还镀有0.5微米波段范围和频黄光的高反膜；第二谐波反射镜(8)两面均镀有1.3微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第一倍频晶体(19)的一面还镀有0.6微米波段范围倍频红光的高反膜；第三谐波反射镜(9)两面均镀有1.0微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第二倍频晶体(20)的一面还镀有0.5微米波段范围倍频绿光的高反膜。

2.根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在于，所述第一平凹全反射端镜(1)和第二平凹全反射端镜(2)的曲率半径选取范围为800～1200mm。

3.根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在于，所述和频晶体(18)、第一倍频晶体(19)和第二倍频晶体(20)为三硼酸锂LBO、β-偏硼酸钡BBO、磷酸钛氧钾KTP中的同一种、不同的两种或三种晶体。

4.根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在于，所述第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)为掺钕钇铝石榴石Nd³⁺:YAG、掺钕钒酸钇Nd³⁺:YVO₄、掺钕铝酸钇Nd³⁺:YAP、掺钕氟化钇Nd³⁺:YLF激光晶体中的同一种或其中的两种晶体。

5.根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在于，所述第一声光调Q晶体(12)和第二声光调Q晶体(13)受同一驱动源控制。

6.根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在于，所述侧面第一泵浦源(15)和侧面第二泵浦源(17)为激光二极管泵浦源或是氙灯泵浦源。

7.一种权利要求1激光装置的激光产生方法，按下述步骤进行：

1)、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)和第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)分别吸收侧面第一泵浦源(15)和侧面第二泵浦源(17)辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd³⁺在能级⁴F_3/2-⁴I_11/2和4F_3/2-⁴I_13/2之间分别跃迁，产生1.0微米和1.3微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)提供的1.0微米波段范围的基频光由第一平凹全反射端镜(1)，经第一声光调Q晶体(12)、第一掺杂Nd³⁺的激光晶体(14)入射到第一偏振分束器(4)，第一偏振分束器(4)将其分成两路偏振光，分别为1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光和1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光，所述1.0微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器(4)反射、第二偏振分束器(10)透射、第四平面反射镜(11)反射及第三谐波反射镜(9)透射后入射到第二倍频晶体(20)，经第二倍频晶体(20)倍频产生绿光，产生的倍频绿光与未经转换的1.0微米‘S’偏振基频光一同到达第三平面反射端镜(6)，‘S’偏振基频光经反射再次通过第二倍频晶体(20)倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平凹全反射端镜(1)，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜(9)反射后一同水平输出腔外；

2)、由第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)提供的1.3微米波段范围的基频光由第二平凹全反射端镜(2)反射，经第二声光调Q晶体(13)、第二掺杂Nd³⁺的激光晶体(16)入射到第一偏振分束器(4)，第一偏振分束器(4)也将其分成两路偏振光，分别为1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光，所述1.3微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器(4)透射、第二偏振分束器(10)反射及第二谐波反射镜(8)透射后入射到第一倍频晶体(19)，产生的倍频红光与未经转换的1.3微米‘P’偏振基频光一同到达第二平面反射端镜(5)，‘P’偏振基频光经反射再次通过第一倍频晶体(19)后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜(2)，两次倍频产生的红光被第二谐波反射镜(8)反射后一同水平输出腔外；

3)、所述1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光经第一偏振分束器(4)透射与所述1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光经第一偏振分束器(4)反射后一同经第一谐波反射镜(7)入射到和频晶体(18)，经和频作用，产生的和频黄光与未经转换的1.0微米波段范围的‘P’偏振基频光和1.3微米波段范围的‘S’偏振基频光一同到达第一平面反射端镜(3)，两波长基频光经反射再次通过和频晶体(18)和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反射端镜(1)和第二平凹全反射端镜(2)，两次和频产生的黄光被第一谐波反射镜(7)反射后水平输出腔外。

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