CN101447639A - 全固态电光调q绿光激光器 - Google Patents

Abstract

一种全固态电光调Q绿光激光器。该激光器采用V型折叠腔，沿激光二极管输出激光前进方向依次设置有光学耦合系统、平凹前腔镜、激光晶体、起偏器、1/4波片、电光调Q晶体和负弯月形折叠镜。在负弯月形折叠镜的反射光路上依次设置有倍频晶体和平凹后腔镜。本发明激光器具有结构紧凑、输出脉冲重复频率高、脉宽窄和光束质量高等优点，可广泛应用于激光材料加工，激光彩色显示，激光医疗、军事对抗，海下探测等领域。

Description

全固态电光调Q绿光激光器

技术领域

本发明属于固体激光器件领域，具体涉及一台LD端面泵浦的全固态高重复率电光调Q脉冲532nm绿光激光器。

背景技术

20世纪80年代后期，随着晶体材料和激光二极管技术的重大突破，固体激光器得到迅速的发展，其应用领域不断地扩展。激光二极管(LD)泵浦的全固态脉冲绿光激光器具有体积小，转换效率高，光束质量好，稳定性高，寿命长等优点，广泛应用于激光材料加工，激光彩色显示，激光医疗、军事对抗，海下探测等领域。国内外对此进行了广泛新的研究，目前脉冲绿光激光器的最大平均功率输出已经超过200W，但大都采用的被动调Q或声光调Q方式，这两种方式都有其固有的缺点，被动调Q输出单脉冲能量较低，且稳定性不高；声光调Q开关速度慢，输出脉宽较宽，一般超过100ns，这些缺点都限制了激光器的应用范围。而电光调Q性能稳定，开关速度快，容易得到20ns以下的窄脉冲，但由于高压驱动源和调Q晶体本身的限制，重复率较低，输出平均功率也不高。目前电光调Q绿光激光器的最大重复频率只有1kHz，输出功率几十mW量级。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种全固态电光调Q绿光激光器。该激光器具有结构紧凑，输出脉冲重复频率高，脉宽窄，光束质量好等特点。

本发明的技术解决方案是：

一种全固态电光调Q绿光激光器，包括：激光二极管，其特点是沿该激光二极管输出激光前进方向依次设置有光学耦合系统、平凹前腔镜、激光晶体、起偏器、1/4波片、电光调Q晶体和负弯月形折叠镜；该负弯月形折叠镜的反射光路上依次设置有倍频晶体和平凹后腔镜。所述的平凹前腔镜、负弯月形折叠镜与平凹后腔镜构成V型谐振腔，该V型谐振腔的折叠半角θ≤15°。所述的平凹前腔镜镀有808nm增透膜和1064nm全反膜；所述的负弯月形折叠镜镀有1064nm全反膜和532nm增透膜；所述的平凹后腔镜镀有1064nm和532nm全反膜。

本发明激光器的工作过程如下：激光二极管发出的泵浦光通过光学耦合系统和平凹前腔镜后聚焦在激光晶体内部，激光晶体吸收该泵浦光能量后产生受激荧光辐射，Q开关打开后，辐射的荧光在V型谐振腔内振荡放大，形成稳定的基频振荡光，基频振荡光经负弯月形折叠镜反射至倍频晶体产生倍频光，通过倍频晶体后剩余基频光与产生的倍频光一同到达所述的平凹后腔镜，被所述的平凹后腔镜反射回来的基频光通过倍频晶体后再次产生倍频光，两次产生的倍频光均由所述的负弯月形折叠镜耦合输出。

所述的光学耦合系统由一准直镜和一聚焦镜组成，所述的激光晶体处于所述的光学耦合系统的后焦点位置。

所述的激光晶体采用适合高重复率运转的掺钕钒酸钇晶体或掺钕钒酸钆晶体。

所述的电光调Q晶体为纵横比γ≥5的硅酸镓镧晶体，半波电压值较低。

所述的倍频晶体选择倍频性能优良的磷酸氧钛钾晶体或三硼酸锂晶体。

本发明具有以下优点：

1、采用激光二极管端面泵浦的方式，泵浦效率高，激光输出阈值低，且激光晶体内的增益分布与激光器基模模体积的空间交叠程度较高，因而输出光束质量好。

2、采用V型谐振腔进行腔内倍频，避免了激光晶体对倍频光的吸收，实现双通倍频；同时在谐振腔形成两个束腰位置，将倍频晶体置于第二个臂中的束腰位置处，可大大提高倍频效率，从而获得较高功率的激光输出。

3、激光晶体使用掺钕钒酸钇晶体或掺钕钒酸钆晶体，荧光寿命短，适合高重复率运转。

4、通过选择较大纵横比的硅酸镓镧晶体可有效减小半波电压值，从而降低了驱动电源的要求，使工作更加稳定。

5、利用电光调Q方式获得的脉冲脉宽窄，峰值功率高，可大大提升脉冲绿光激光器的应用空间。

附图说明

图1为本发明全固态电光调Q绿光激光器的结构示意图

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。从图可以看到，本发明全固态电光调Q绿光激光器的构成是：沿激光二极管1输出激光前进方向上依次设置有光学耦合系统2、平凹前腔镜3、激光晶体4、起偏器5、1/4波片6、电光调Q晶体7和负弯月形折叠镜8；负弯月形折叠镜8的反射光路上依次设置有倍频晶体9和平凹后腔镜10。激光二极管1发出的泵浦光通过光学耦合系统2和平凹前腔镜3后整形聚焦在激光晶体4内部，激光晶体4吸收该泵浦光能量后产生受激荧光辐射，Q开关打开后，辐射的荧光在V型谐振腔内振荡放大，形成稳定的基频振荡光，基频振荡光由负弯月形折叠镜8反射至倍频晶体9产生倍频光，通过倍频晶体9后剩余基频光与产生的倍频光一同到达平凹后腔镜10，被平凹后腔镜10反射回来的基频光通过倍频晶体9后再次产生倍频光，两次产生的倍频光均由负弯月形折叠镜8耦合输出，这样就实现了双向倍频单向输出。

下面为本发明较佳实施例的具体参数：

泵浦源用24W的连续输出激光二极管，输出波长为808nm。激光晶体4为Nd：YVO₄晶体，掺杂浓度为0.3at％，具体尺寸为4×4×7mm。电光调Q晶体7为La₃Ga₅SiO₁₄，其纵横比为10，具体尺寸为4×4×40mm，半波电压约为1770V。倍频晶体9为LBO(LiB₃O₅)，采用I类相位匹配方式倍频，具体尺寸为2×2×10mm，两面均镀1064nm和532nm增透膜。由所述的平凹前腔镜3、激光晶体4、起偏器5、1/4波片6、电光调Q晶体7和负弯月形折叠镜8构成第一个臂的臂长180mm，负弯月形折叠镜引出的光路第二臂的臂长为200mm，两个臂之间的折叠半角为10°，倍频晶体9LBO放置于所述的第二臂的束腰(离负弯月形折叠镜约60mm)处。所述的平凹前腔镜3、负弯月形折叠镜8和平凹后腔镜10的凹面的曲率半径分别为：250mm、100mm和151mm，所述的平凹前腔镜3镀808nm增透膜和1064nm全反膜；负弯月形折叠镜8镀有1064nm全反膜和532nm增透膜；平凹后腔镜10镀有1064nm和532nm全反膜。该激光器可获得重复频率高达20kHz最大平均功率2.3W，脉宽10.03ns的脉冲绿光输出，当输出功率约为1.5W时，功率输出不稳定度小于1.4％(rms)，M²因子小于2。

综上所述，本发明具有结构紧凑，输出脉冲重复频率高，脉宽窄，光束质量高等优点，可广泛应用于激光材料加工，激光彩色显示，激光医疗、军事对抗，海下探测等领域。

Claims (5)

1、一种全固态电光调Q绿光激光器，包括：激光二极管(1)，其特征在于：沿该激光二极管(1)输出激光前进方向依次设置有光学耦合系统(2)、平凹前腔镜(3)、激光晶体(4)、起偏器(5)、1/4波片(6)、电光调Q晶体(7)、负弯月形折叠镜(8)；在该负弯月形折叠镜(8)的反射光路上依次设置有倍频晶体(9)和平凹后腔镜(10)，所述的平凹前腔镜(3)、负弯月形折叠镜(8)和平凹后腔镜(10)构成V型谐振腔，该V型谐振腔的折叠半角θ≤15°，所述的平凹前腔镜(3)镀808nm增透膜和1064nm全反膜；所述的负弯月形折叠镜(8)镀有1064nm全反膜和532nm增透膜；所述的平凹后腔镜(10)镀有1064nm和532nm全反膜。

2、根据权利要求书1所述的全固态电光调Q绿光激光器，其特征在于所述的光学耦合系统(2)由一准直镜和一聚焦镜组成，所述的激光晶体(3)处于所述的光学耦合系统(2)的后焦点位置。

3、根据权利要求书1所述的全固态电光调Q绿光激光器，其特征在于所述的激光晶体(4)为掺钕钒酸钇晶体，或掺钕钒酸钆晶体。

4、根据权利要求书1所述的全固态电光调Q绿光激光器，其特征在于所述的电光调Q晶体(7)为纵横比γ≥5的硅酸镓镧晶体。

5、根据权利要求书1至4任一项所述的全固态电光调Q绿光激光器，其特征在于所述的倍频晶体(9)为磷酸氧钛钾晶体，或三硼酸锂晶体。

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