CN101533986A - 一种新型结构的连续波紫外全固态激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，其特征在于：其特征在于：基频波长腔镜、增益介质、二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成基频波长谐振腔；二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成二倍频波长谐振腔；基频波长谐振腔的光路和二倍频波长谐振腔的光路从二向色镜到谐波波长腔镜或全反镜之间同轴，三或四倍频晶体置放在二倍频谐波长振腔光路中。避免了基频波长激光的退偏效应；避免了增益介质受紫外辐射后的色心效应；避免了频率与空间模式的任何微小扰动严重影响输出三倍频激光转换效率。

Description

一种新型结构的连续波紫外全固态激光器

技术领域：

本发明涉及一种新型结构的连续波紫外全固态激光器，属于半导体激光泵浦全固态激光器技术领域。

技术背景：

半导体激光泵浦全固态激光器产生连续波紫外输出的结构有几种：一种是单一直腔内腔安插非线性晶体获得连续波紫外输出的结构方式，在腔镜和输出镜构成的谐振腔内同轴安置增益介质、二倍频晶体和三或四倍频晶体，即谐振腔内三种波长光同轴，它结构简单，但存在三或四倍频效率不高、光噪声大和三或四倍频光易造成增益介质和二倍频晶体的光损伤等缺陷；另一种是折叠腔安插非线性晶体获得连续波紫外输出的结构方式，在长臂腔镜和折叠镜之间安置增益介质、二倍频晶体，折叠镜和短臂腔镜之间安置三或四倍频晶体，尽管可避免紫外光造成对增益介质和二倍频晶体的光损伤，但依然存在三或四倍频效率不高和光噪声大等缺陷；再一种是外复合腔安插非线性晶体获得连续波紫外输出的结构方式，在腔镜和二倍频输出镜构成的谐振主腔内同轴安置增益介质、二倍频晶体，在腔镜和四倍频输出镜构成的外复合腔内同轴安置三或四倍频晶体，谐振主腔和外复合腔之间由透镜进行光空间模式的匹配，它可提高三或四倍频效率、不易造成三或四倍频光对增益介质和二倍频晶体的光损伤、腔镜膜的制作要求不高、但由于基本原理是二个谐振腔严格同步运转，注入复合腔的基波的频率与空间模式的任何微小扰动严重影响输出和频激光转换效率，既对功率稳定性和重复性的控制技术要求极高，因此使用价值有限。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型结构的连续波紫外全固态激光器，包括增益介质、二个非线性晶体和四个谐振腔镜在内双光路激光复合谐振腔连续波紫外输出的新结构，使得复合谐振腔的二个谐振腔能够在无耦合系统条件下保证基波空间模式的匹配继而有效提高光转换效率和功率稳定性和重复性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种新型结构的连续波紫外全固态激光器，包括半导体激光器、半导体激光器座、泵光耦合镜组、泵光耦合镜座、基频波长腔镜、基频波长腔镜座、增益介质、增益介质座、二向色镜、二向色镜座、二倍频晶体、二倍频晶体座、谐波波长腔镜、谐波波长腔镜座、三或四倍频晶体、三或四倍频晶体座、全反镜、全反镜座、基板和外壳；增益介质固定在增益介质座上；二向色镜固定在铝制二向色镜座上；二倍频晶体固定在二倍频晶体座、紫外输出腔镜固定在紫外输出腔镜座上；三或四倍频晶体固定在三或四倍频晶体座上；全反镜固定在全反镜座上；半导体激光器座、泵光耦合镜座、基频波长腔镜座、增益介质座、二向色镜座、二倍频晶体座、谐波波长腔镜座、三或四倍频晶体座和全反镜座均固定在基板上，罩在外壳中；其特征在于：基频波长腔镜、增益介质、二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成基频波长谐振腔；二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成二倍频波长谐振腔；基频波长谐振腔的光路和二倍频波长谐振腔的光路从二向色镜到谐波波长腔镜或全反镜之间同轴，三或四倍频晶体置放在二倍频谐波长振腔光路中；半导体激光器发射与增益介质吸收相对应波长的激光，通过泵光耦合镜组注入增益介质，增益介质吸收半导体激光器发射的激光后发射基频波长的荧光；荧光在基频波长谐振腔中形成振荡，产生基频波长激光；基频波长激光通过二倍频晶体产生二倍频波长激光，并在二倍频谐振腔中获得增益放大；基频波长激光和二倍频波长激光二次通过三或四倍频晶体产生三或四倍频波长的紫外激光，由谐波波长腔镜或二向色镜输出腔外。

本发明的积极效果是二倍频波长激光被二向色镜隔离在增益介质之外，避免了基频波长激光的退偏效应；三倍频波长激光被紫外输出腔镜隔离在增益介质之外，避免了增益介质受紫外辐射后的色心效应；二倍频谐振腔被包含在基频谐振腔中，且与基频谐振腔共轴，避免了频率与空间模式的任何微小扰动严重影响输出三倍频激光转换效率。

附图说明：

图1本发明用于连续波三倍频紫外激光器结构示意图。

图2本发明用于连续波四倍频紫外激光器结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，一种新型结构的连续波紫外全固态激光器，其特征在于：基频波长腔镜、增益介质、二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成基频波长谐振腔；二向色镜、二倍频晶体、谐波波长腔镜和全反镜构成二倍频波长谐振腔；基频波长谐振腔的光路和二倍频波长谐振腔的光路从二向色镜到谐波波长腔镜或全反镜之间同轴，三或四倍频晶体置放在二倍频谐波长振腔光路中；半导体激光器发射与增益介质吸收相对应波长的激光，通过泵光耦合镜组注入增益介质，增益介质吸收半导体激光器发射的激光后发射基频波长的荧光；荧光在基频波长谐振腔中形成振荡，产生基频波长激光；基频波长激光通过二倍频晶体产生二倍频波长激光，并在二倍频谐振腔中获得增益放大；基频波长激光和二倍频波长激光二次通过三或四倍频晶体产生三或四倍频波长的紫外激光，由谐波波长腔镜或二向色镜输出腔外。

半导体激光器2为发射与增益介质7Nd：YVO₄晶体吸收相对应808nm波长的激光的GaAlAs半导体激光器2，固定在铜制的半导体激光器座1上；泵光耦合镜组3固定在铝制的泵光耦合镜座4上；基频波长腔镜5，朝向泵光耦合镜组3的表面镀808nm波长抗反膜，朝向增益介质7的表面镀基频1064nm波长高反膜和808nm波长抗反膜，固定在铝制基频波长腔镜座6中；增益介质7为Nd：YVO₄晶体，可吸收半导体激光器2发射的808nm波长激光后发射基频1064nm波长的荧光，二个表面镀基频1064nm波长抗反膜，固定在铝制增益介质座8上；二向色镜9，朝向增益介质7的表面镀基频1064nm波长抗反膜，朝向谐波波长腔镜13的表面镀基频1064nm波长抗反膜和二倍频532nm波长高反膜，固定在铝制二向色镜座10上；谐波波长腔镜13，朝向二向色镜9的表面镀基频1064nm波长及二倍频532nm波长高反膜和三倍频355nm波长抗反膜，另一表面镀三倍频355nm波长抗反膜，固定在铝制谐波波长腔镜座14上；二倍频晶体11为I类角度相位匹配的LBO晶体，二个表面镀基频1064nm波长及二倍频532nm波长抗反膜，固定在铝制二倍频晶体座12中；三倍频晶体15为II类角度相位匹配的LBO晶体，二个表面镀基频1064nm波长及二倍频532nm波长抗反膜，固定在铝制三倍频晶体座16中；全反镜17朝向谐波波长腔镜13的表面镀基频1064nm波长、二倍频532nm波长和三倍频355nm波长高反膜，固定在铝制全反镜座18中。半导体激光器座2、泵光耦合镜座4、基频波长腔镜座6、增益介质座8、二向色镜座10、二倍频晶体座12、紫外输出腔镜座14、三倍频晶体座16、全反镜座18均固定在基板19上，罩在外壳20中。

由基频波长腔镜5、增益介质7Nd：YVO₄晶体、紫外输出腔镜13和全反镜17构成基频谐振腔，由二向色镜9、二倍频晶体11、谐波波长腔镜13和全反镜17构成二倍频谐振腔，基频谐振腔的光路和二倍频谐振腔的光路从二向色镜9到全反镜17之间同轴，三倍频晶体15置放在谐波波长腔镜13到全反镜17之间光路中。

GaAlAs半导体激光器2发射与增益介质7Nd：YVO₄晶体吸收相对应808nm波长的激光，通过泵光耦合镜组3注入增益介质7Nd：YVO₄晶体；增益介质7Nd：YVO₄晶体吸收GaAlAs半导体激光器2发射的激光后发射基频1064nm波长的荧光；1064nm荧光在由基频波长腔镜5、增益介质7Nd：YVO₄晶体、谐波波长腔镜13和全反镜17构成基频谐振腔中形成振荡，形成基频1064nm波长激光；基频1064nm波长激光通过二倍频晶体11产生二倍频532nm波长激光，并在由二向色镜9、二倍频晶体11、谐波波长腔镜13和全反镜17构成二倍频谐振腔中获得增益放大；基频1064nm波长激光和二倍频532nm波长激光二次通过位于谐波波长腔镜13和全反镜17之间的三倍频晶体15产生三倍频355nm波长的激光，由谐波波长腔镜13输出腔外。

如图2所示，用于连续波四倍频紫外激光器，半导体激光器2，发射与增益介质(Nd：YVO₄)7吸收相对应波长(808nm)的激光，固定在铜制半导体激光器座1上；泵光耦合镜3表面镀泵光波长(808nm)抗反膜，固定在泵光耦合镜座4上；增益介质(Nd：YVO₄)7面向泵光耦合镜3的表面镀基频波长(1064nm)高反膜和泵光波长(808nm)抗反膜，起到基频谐振腔腔镜作用，固定在铝制增益介质座8中，吸收泵光后发射基频波长(1064nm)的光；固定在铝制二向色镜组座10上的二向色镜组9中间夹层镀基频波长(1064nm)和四倍频波长(266nm)抗反膜和二倍频波长(532nm)高反膜，靠近增益介质(Nd：YVO₄)7的表面镀基频波长(1064nm)抗反膜，靠近二倍频晶体(LBO)11的表面镀基频波长(1064nm)和二倍频波长(532nm)抗反膜，靠近四倍频晶体(BBO)15的表面镀四倍频波长(266nm)和二倍频波长(532nm)抗反膜，图中向上表面镀四倍频波长(266nm)抗反膜；二倍频晶体11的二个通光表面镀基频波长(1064nm)和二倍频波长(532nm)抗反膜，固定在铝制二倍频晶体座12上；谐波波长腔镜13，靠近二倍频晶体(LBO)11的表面镀基频波长(1064nm)和二倍频波长(532nm)抗反膜高反膜，固定在铝制谐波波长腔镜座14中；四倍频晶体15的二个通光表面镀四倍频波长(266nm)和二倍频波长(532nm)抗反膜，固定在铝制四倍频晶体座16上；全反腔镜17，靠近四倍频晶体(BBO)15的表面镀四倍频波长(266nm)和二倍频波长(532nm)高反膜，固定在铝制全反腔镜座18中。半导体激光器座1、泵光耦合镜座4、全反腔镜座18、增益介质座8、二向色镜组座10、四倍频晶体座16、谐波波长腔镜座14均固定在基板19上，罩在外壳20中；

由半导体激光器2发出的808nm波长泵浦光入射所对应的Nd：YVO₄增益介质7中形成增益区，激发出的基频1064nm波长的荧光，在增益介质7面向泵光耦合镜3的表面镀基频1064nm波长高反膜和泵光808nm波长抗反膜、增益介质7、二向色镜组9与谐波波长腔镜13构成基频波长谐振腔内振荡产生基频1064nm波长的激光；基频1064nm波长的激光通过置放在二向色镜组9到谐波波长腔镜13之间光路中的二倍频晶体11时产生二倍频532nm波长的激光；二倍频532nm波长的激光能量在谐波波长腔镜13、二向色镜组9与全反腔镜17构成的二倍频波长复合腔内按(1-∏Ri)^-1函数形式积存，通过置放在分光镜组和全反腔镜17之间光路中的四倍频晶体15产生四倍频266nm波长的激光，通过二向色镜组9朝图中向上方向输出。

Claims (5)

1、一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，包括半导体激光器(2)、半导体激光器座(1)、泵光耦合镜组(3)、泵光耦合镜座(4)、基频波长腔镜(5)、基频波长腔镜座(6)、增益介质(7)、增益介质座(8)、二向色镜(9)、二向色镜座(10)、二倍频晶体(11)、二倍频晶体座(12)、谐波波长腔镜(13)、谐波波长腔镜座(14)、三或四倍频晶体(15)、三或四倍频晶体座(16)、全反镜(17)、全反镜座(18)、基板(19)和外壳(20)；增益介质(7)固定在增益介质座(8)上；二向色镜(9)固定在铝制二向色镜座(10)上；二倍频晶体(11)、固定在二倍频晶体座(12)、紫外输出腔镜(13)固定在紫外输出腔镜座(14)上；三或四倍频晶体(15)固定在三或四倍频晶体座(16)上；全反镜(17)固定在全反镜座(18)上；半导体激光器座(1)、泵光耦合镜座(4)、基频波长腔镜座(6)、增益介质座(8)、二向色镜座(10)、二倍频晶体座(12)、紫外输出腔镜座(14)、三或四倍频晶体座(16)和全反镜座(18)均固定在基板(19)上，罩在外壳(20)中；其特征在于：基频波长腔镜(5)、增益介质(7)、二向色镜(9)、二倍频晶体(11)、谐波波长腔镜(17)和全反镜(13)构成基频波长谐振腔；二向色镜(9)、二倍频晶体(11)、谐波波长腔镜(13)和全反镜(17)构成二倍频波长谐振腔；基频谐波长振腔和二倍频谐波长振腔，基频波长谐振腔的光路和二倍频波长谐振腔的光路从二向色镜(9)到谐波波长腔镜(13)或全反镜(17)之间同轴，三或四倍频晶体(15)置放在二倍频谐波长振腔光路中；半导体激光器(2)发射与增益介质(7)吸收相对应波长的激光，通过泵光耦合镜组(3)注入增益介质(7)，增益介质(7)吸收半导体激光器(2)发射的激光后发射基频波长的荧光；荧光在基频波长谐振腔中形成振荡，产生基频波长激光；基频波长激光通过二倍频晶体(11)产生二倍频波长激光，并在二倍频谐振腔中获得增益放大；基频波长激光和二倍频波长激光二次通过三或四倍频晶体(15)产生三或四倍频波长的紫外激光，由谐波波长腔镜(17)或二向色镜(9)输出腔外。

2、根据权利要求1所述的一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，其特征在于所述的二向色镜(9)可以是光学平板形式亦可是棱镜形式，其中表面必镀基频和四倍频波长抗反膜和二倍频波长高反膜。

3、根据权利要求1所述的一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，其特征在于所述的泵光耦合镜(3)或增益介质(7)的表面镀基频波长高反膜和泵光波长抗反膜。

4、根据权利要求1所述的一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，其特征在于所述的谐波波长腔镜(17)表面必镀基频和二倍频波长高反膜。

5、根据权利要求1所述的一种新型结构的连续波紫外激光全固态激光器，其特征在于所述的全反镜(13)表面必镀二倍频和三或四倍频波长高反膜。

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