CN101950918A - 一种适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，包括泵浦源、自倍频晶体和激光谐振腔；自倍频晶体为NdxGd1-xCa4O(BO3)3或NdxY1-xCa4O(BO3)3，其中，x＝0.001-0.2；自倍频晶体按照倍频相位匹配方向加工成柱状或板条状，通光方向厚度为0.1-20mm；激光谐振腔的输入腔镜和输出耦合镜分别在该自倍频晶体的两个通光端面上镀腔镜膜制作的，或者独立设置输入腔镜和输出耦合镜，输入腔镜膜和输出耦合镜采用长波通滤光腔镜膜来控制基频光谐振波长。本发明采用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制基频光波长，只需单边控制截止波长，简化激光腔镜膜制作工艺，提高了制作精度；同时，长波通滤光腔镜膜有独特的压缩波纹效果，使透射波段的高透射率，得到高功率下适用于激光显示波段的高效绿光输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿光固体激光器，特别是涉及一种采用长波通滤光腔镜膜制作的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器。
背景技术
可见波段激光在激光显示、信息存储、生物医学、光学研究等领域有着越来越广泛的应用。其中，以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的激光显示技术可实现90％的色域空间覆盖率，能真实再现客观世界丰富艳丽的色彩，因此备受关注。目前，获得绿光的主要途径是采用倍频晶体KTP、PPLN或LBO等，对Nd3+离子产生的1064nm激光进行倍频获得532nm的绿光输出。但是这种包含激光工作物质和倍频材料两种晶体的激光器，结构复杂，稳定性不高，而且两块晶体的胶合工艺一直限制了这种激光器的高功率输出和大规模发展。
自倍频激光器能够在一块晶体中同时实现激光过程和非线性倍频过程，具有结构简单紧凑、稳定性强、规模生产制作成本低等优势，因而成为近年来的研究热点，并有望在某些方面取代激光晶体和倍频晶体的组合系统。掺钕硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)晶体，因其制作原料价格低廉，可以用提拉法生长，容易得到大尺寸、高光学质量单晶等特点，成为最具应用潜力的自倍频晶体之一。目前，已有研究报道用钛宝石激光器泵浦Nd:GdCOB晶体获得225mW自倍频绿光输出，如文献1：C.Q.Wang，Y.T.Chow，W.A.Gambling，et al.，Efficient self-frequency doubling of Nd:GdCOB crystal by type-I phase matching out of its principal planes，Optics Communications，174：471-474，2000中所介绍。用激光二极管(LD)泵浦Nd:GdCOB晶体微片获得1.35W自倍频绿光输出，如文献2：J.Y.Wang，H.J.Zhang，Z.P.Wang，et al.，Watt-level self-frequency-doublingNd:GdCOB Lasers，Optics Express，18：11058-11062，2010。
然而，Nd:GdCOB自倍频晶体的基频光波长具有随温度漂移的特性，从而导致高功率输出时绿光发射波长向长波方向红移。图1是文献2中所介绍的Nd:GdCOB自倍频晶体基频光波段发射截面图，该晶体主要有1060nm、1068nm和1091nm三个发射谱带。在低功率泵浦激光运转时，1060nm-1068nm附近的基频光起振；随着泵浦功率升高，晶体内部温度升高，长波方向1091nm附近的激光增益会增加。然而，1068nm与1091nm之间波长只相差不到30nm，通常采用的高反射膜要实现窄带宽、高陡度，工艺上是非常难的；而且，高反射膜边带波纹明显，很难在保证1060nm和1068nm处高反射的同时保证1091nm处的高透射。当1091nm附近的激光增益增加到一定程度时，很容易在腔内形成谐振，最终导致自倍频绿光波长由530nm-534nm向545.5nm红移。越接近526.3nm的绿光越有利于激光显示，正如文献3.Z.Y.Xu，Y.Bi，Large laser projection displays utilizing all-solid-state RGB lasers，Light-Emitting Diode Materials and Devices，Proc.of SPIE，5632，115-122，2005所介绍，因此这种随泵浦功率升高的红移现象降低了激光显示有利波段的输出效率。
发明内容
本发明的目的在于：针对Nd:GdCOB自倍频晶体发射自倍频绿光波长随泵浦功率升高单向红移，无法实现高功率下激光显示有利波段530nm-534nm高效输出的问题，从而提出一种激光晶体采用Nd:GdCOB自倍频晶体，以及腔镜使用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制基频光波长，进而实现适于激光显示用的高效自倍频绿光固体激光器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供一种适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，包括泵浦源、自倍频晶体和激光谐振腔；其特征在于：所述的自倍频晶体为NdxGd1-xCa4O(BO3)3(以下简写为Nd:GdCOB)或NdxY1-xCa4O(BO3)3(简写为Nd:YCOB)，其中，x＝0.001-0.2；所述的自倍频晶体按照倍频相位匹配方向加工成柱状或板条状，所述的柱状或板条状的两端面为两个通光端面，两个通光端面分别为泵光输入端面和激光输出端面，两个通光端面进行抛光处理；所述的自倍频晶体的通光方向厚度为0.1-20mm；其中，所述的Nd:GdCOB自倍频晶体的切割角度为θ＝90°±5°，φ＝46°±5°，或者θ＝160°±5°，φ＝0°±5°，或者θ＝113°±5°，φ＝47.5°±5°；所述的Nd:YCOB的切割角度为θ＝90°±5°，φ＝35°±5°，或者θ＝148°±5°，φ＝0°±5°，或者θ＝113°±5°，φ＝36.5°±5°；所述的激光谐振腔的输入腔镜和输出耦合镜是分别制作在该自倍频晶体的两个通光端面上，其中，所述的输入腔镜是在自倍频晶体的泵光输入端面上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输入腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；所述的输出耦合镜是在自倍频晶体的激光输出端面上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射。
在上述的技术方案中，所述的自倍频晶体的通光截面为圆形、矩形或椭圆形。
在上述的技术方案中，所述的自倍频晶体的通光端面可以是平面，也可以加工成曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的曲面。
在上述的技术方案中，还包括所述的激光谐振腔的输入腔镜是一块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的光输入端面上镀一层对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜，以消除菲涅尔反射损耗；所述的输入腔镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片；在所述的镜片上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输入腔镜的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；该输入腔镜设置在所述的泵浦源与所述的自倍频晶体之间(即在所述的泵浦源输出光前方的光路上)。
在上述的技术方案中，还包括所述的激光谐振腔的输出耦合镜是一块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的光输出端面上镀一层对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜，以消除菲涅尔反射损耗；所述的输出耦合镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出腔镜膜的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射；该输出耦合镜设置在所述的自倍频晶体后方(即在所述的自倍频晶体输出光前方的光路上)。
在上述的技术方案中，还包括所述的激光谐振腔的输入腔镜和输出耦合镜是两块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的光输入端面和输出端面上分别镀一层对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜，以消除菲涅尔反射损耗；所述的输入腔镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；该输入腔镜设置在所述的泵浦源与所述的自倍频晶体之间(即在所述的泵浦源输出光前方的光路上)；所述的输出耦合镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射；该输出耦合镜设置在所述的自倍频晶体后方(即在所述的自倍频晶体输出光前方的光路上)。
在上述的技术方案中，还包括采用泵浦源对自倍频晶体的侧面泵浦的方式；其中，所述的泵浦源从自倍频晶体侧表面泵浦进入晶体；在所述的自倍频晶体的两个端面前方，分别放置独立的激光输入腔镜和独立的输出耦合镜；所述的输入腔镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输入腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对中心波长为λ0/2的光高反射；所述的输出耦合镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出腔镜膜的长波通滤光腔镜膜是：截止波长为λ0的长波通滤光膜(即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射)、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射。
在上述的技术方案中，还包括一光路耦合装置，所述的光路耦合装置由一个或者一组透镜组成，其中，该光路耦合部件的位置位于泵浦源和激光谐振腔的输入腔镜之间的光路中，光路耦合部件能够将泵浦光更好的耦合入自倍频晶体，提高泵浦效率。
所述的激光谐振腔由输入腔镜和输出耦合镜组成，两个腔镜上都镀有长波通滤光腔镜膜来实现对自倍频晶体基频光的波长选择；所述的长波通滤光腔镜膜的截止波长设为λ0，使自倍频晶体发射的基频光中，波长小于和等于λ0的基频光实现高反射，而波长大于λ0的基频光实现高透射；这样，在激光谐振腔内，自倍频晶体发射的波长小于和等于λ0的基频光就实现谐振；并通过晶体的自倍频效应，得到相应倍频绿光激光输出。
在上述的技术方案中，所述的长波通滤光腔镜膜的截止波长λ0可以设置在1068nm，这时Nd:GdCOB自倍频晶体发射的波长小于λ0的1060nm和1068nm基频光都可以在激光谐振腔内谐振，通过Nd:GdCOB晶体的自倍频效应，可以实现530nm～534nm波段的绿光输出；或者截止波长λ0的位置还可以向长波或短波方向进行移动调整，从而控制谐振的基频光波段范围，间接调谐输出的绿光波长范围。比如将所述的长波通滤光腔镜膜的截止波长λ0调整到1060nm，这时实现530nm附近的绿光输出。
在上述的技术方案中，所述的泵浦源是闪光灯、单管或者模块形式的半导体激光器、光纤激光器、或者可调谐钛宝石激光器；泵浦源的输出波长对应晶体的吸收峰位置；泵浦源的输出形式可以是连续输出也可以是脉冲输出；泵浦方式可以为端面泵浦方式或侧面泵浦方式。
在上述的技术方案中，所述的用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制基频光谐振波长的方法，可以推广应用于Nd:GdCOB或Nd:YCOB等自倍频晶体中其它具有相似发射特性的波段(比如红光自倍频输出和蓝光自和频输出)，即将截止波长λ0的位置设置在红光自倍频或者蓝光自和频所对应的基频光波段，来抑制随泵浦功率升高，发射波长单向红移而降低有效发射波段输出效率的现象。
本发明提供一种采用长波通滤光腔镜膜产生适于激光显示用的高效自倍频绿光固体激光器，相对于已有绿光固体激光器具有如下优点：
1、本发明自倍频绿光固体激光器基于Nd:GdCOB自倍频晶体，和采用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制晶体基频光谐振波长，进而有效抑制高功率下绿光波长单向红移现象，实现可用于激光显示的高效的绿光输出。由于Nd:GdCOB自倍频晶体的1060nm附近基频光波长具有随温度漂移的特性，容易导致高功率输出时基频光发射波长向长波方向红移，从而使得绿光发射波长也单方向红移。所以，本发明采用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制晶体基频光谐振波长，进而有效抑制高功率下绿光波长单向红移现象，实现可用于激光显示的高效的绿光输出。由于Nd3+离子微能级之间的粒子热分布特征，很多光发射在高功率下都会发生红移，因此本发明也可以推广应用于Nd:GdCOB自倍频晶体的其它具有相似发射特性的波段；或者推广应用于其它具有相似发射特性的自倍频晶体，比如Nd:YCOB自倍频晶体。
2、采用长波通滤光腔镜膜代替传统高反射膜来控制晶体基频光谐振波长，只需单边控制截止波长，既实现了高陡度截止控制，又简化了激光腔镜膜制作工艺，提高了制作精度；另外，本发明采用的长波通滤光腔镜膜具有独特的压缩波纹效果，能够确保透射波段很高的透射率和反射波段很高的反射率，有效抑制高功率下绿光波长单向红移现象，实现激光显示用于具有高效的530nm-534nm绿光输出。
附图说明
图1是在室温下，Nd:GdCOB晶体不同偏振方向的发射截面谱图。
图2是本发明采用自倍频晶体(Nd:GdCOB晶体)制作的自倍频绿光固体激光器的基本结构示意图。
图3给出了实施例1采用自倍频晶体和在该自倍频晶体上所镀的截止波长在1068nm附近的长波通滤光膜的透射率曲线图(实线)，同时图中还给出了通常采用的1068nm附近的高反射膜的透射率曲线图(虚线)。
图4是本发明制作的的又一种Nd:GdCOB晶体的自倍频绿光固体激光器结构示意图。
图5是本发明采用2块独立的输入腔镜和输出耦合镜组成的谐振腔的一种自倍频绿光固体激光器结构示意图。
图6是本发明采用一块独立的输出耦合镜制作的另一种基于掺钕硼酸钙氧钇(Nd:YCOB)晶体的自倍频绿光固体激光器结构示意图。
图7是本发明制作的一种侧面泵浦Nd:GdCOB晶体板条的自倍频绿光固体激光器结构示意图。
图面说明：
1-泵浦源 2-自倍频晶体 3-输入腔镜膜
4-输出腔镜膜 5-泵浦源的冷却散热装置 6-光路耦合装置
7-晶体的冷却散热装置 8-出射激光
9-输入腔镜 10-输出耦合镜 11-高透射膜
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
参考图2，制作一种基于掺钕硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)晶体的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器。
泵浦源1采用发射波长为808nm的连续输出半导体激光二极管，泵浦方式为端面泵浦。泵浦源1配有泵浦源的冷却散热装置5(从市场上买到的)，光路耦合装置6采用两个曲率为50mm的凸透镜组成，光路耦合部件能够将泵浦光更好的耦合入自倍频晶体，提高泵浦效率。
自倍频晶体2采用掺杂浓度为5at.％的Nd:GdCOB晶体，按照倍频相位匹配方向θ＝113°，φ＝36.4°切割成柱状，该柱状的两端面为两个通光端面，两个通光端面分别为泵光输入端面和激光输出端面；该自倍频晶体的通光截面为圆形、矩形或椭圆形都可以，例如该Nd:GdCOB自倍频晶体的通光截面为正方形，边长为3mm，通光方向长5mm(两通光端面之间的距离)，自倍频晶体2的两个通光端面按照激光晶体的抛光工艺进行抛光处理。
自倍频晶体2输入端面为平面，在该输入端面上镀输入腔镜膜3，输入腔镜膜3是长波通滤光腔镜膜，该长波通滤光腔镜膜是：截止波长为1068nm的长波通滤光膜(即对波长小于和等于1068nm的光高反射、波长大于1068nm的光高透射)、并同时对泵浦光808nm高透射、对中心波长为534nm的光高反射；自倍频晶体2输出端面为平面，在该输出端面上镀输出腔镜膜4，输出腔镜膜4是长波通滤光腔镜膜，该长波通滤光腔镜膜是：截止波长为1068nm的长波通滤光膜(即对波长小于和等于1068nm的光高反射、波长大于1068nm的光高透射)、并同时对中心波长为534nm的光高透射。该自倍频晶体2放置于晶体的冷却散热装置7中，采用常规的传导制冷方式，以接触式紫铜热沉晶体架固定晶体，并作为导热媒介，紫铜热沉晶体架通过水路散热。对于在自倍频晶体2的两个通光端面上镀腔镜膜，例如可以采用离子束溅射、磁控溅射、离子镀(ion planting)、电子束热蒸发等方法制作的，以及自倍频晶体安装在冷却散热装置中，这些都是本领域技术人员可以实施的。
本实施例自倍频绿光固体激光器的激光谐振腔采用平平腔型激光谐振腔，如图2所示，采用端面泵浦方式，泵浦源1输出泵光的前方光路上依次设置耦合装置6、自倍频晶体(Nd:GdCOB)2，泵浦光从自倍频晶体2的输入端面入射，沿该自倍频晶体2输出；当泵浦光达到阈值时，获得530-534nm自倍频绿光激光8输出，如果在所述的长波通滤光腔镜膜的截止波长λ0设置在1060nm，这时实现530nm附近的绿光输出。随着泵浦光功率升高，发射波长不发生红移，因此，本发明制作的自倍频绿光激光器有利于激光显示应用。
图3给出了本实施例的谐振腔镜上镀有，截止波长在1068nm附近的长波通滤光膜的透射率曲线图(实线)，同时图3中还给出了通常采用的1068nm附近的高反射膜的透射率曲线图(虚线)。通常采用高反射膜来控制晶体基频光谐振波长，比较难实现窄带宽、高陡度的制作要求，而且边带波纹明显，很难保证反射带两边波段的高透射率。由图3可见，高反射膜反射带两边的波纹很明显，该图中1091nm处透射率只有30％。对于Nd:GdCOB自倍频晶体，1091nm附近的激光增益随着泵浦功率升高而增加，这样很容易导致其在腔内谐振，使自倍频绿光由530nm-534nm向545.5nm红移。本发明的自倍频绿光固体激光器采用长波通滤光膜代替高反射膜来控制基频光波长，将截止波长设置在1068nm，只需单边控制截止波长，既能保证对小于和等于1068nm波段的高反射率，也能保证对1091nm波段的高透射率，从而抑制了Nd:GdCOB自倍频晶体随着泵浦功率升高1091nm附近波段的起振，进而控制高功率下绿光波长不向545.5nm方向漂移，实现高效的530nm-534nm绿光输出。
实施例2
参考图4，制作一种基于掺钕硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)晶体的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器。
本实施例采用的自倍频固体激光器的组成光路与实施例1相同。差别在于：
(1)泵浦源1采用的是可调谐钛宝石激光器，发射波长调节到885nm。
(2)自倍频晶体2采用掺杂浓度为8at.％的Nd:GdCOB晶体，按θ＝90°，φ＝46.5°方向切割成柱状，自倍频晶体2通光端面为正方形，边长为3mm，通光方向长8mm。晶体通光方向的两个端面按照激光晶体的抛光工艺进行抛光处理。
(3)自倍频晶体2的一端作为输入端面，该输入端面为曲率半径为200mm的球面，在自倍频晶体2输入端面上镀参数如下的输入腔镜膜3：截止波长为1060nm的长波通滤光膜(即对波长小于和等于1060nm的光高反射、波长大于1060nm的光高透射)、并同时对泵浦光885nm高透射、对中心波长为530nm的光高反射
(4)自倍频晶体2的一端作为输出端面，该输出端面为曲率半径为200mm的球面，自倍频晶体2输出端面上镀参数如下的输出腔镜膜4：截止波长为1060nm的长波通滤光膜，并同时对中心波长为530nm的光高透射。
由自倍频晶体2的两个通光端面所镀的腔镜膜构成自倍频固体激光器的双凹腔型激光谐振腔(如图4所示)，采用端面泵浦方式，泵浦源1的输出光依次进入耦合装置6、输入腔镜膜3、自倍频晶体(Nd:GdCOB)2和输出腔镜膜4；当泵浦光达到阈值时，实验获得530nm自倍频绿光激光8输出，随着泵浦光功率升高，发射波长不发生红移，有利于激光显示应用。
实施例3
参考图5，制作一种基于掺钕硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)晶体的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器。
本实施例采用的自倍频晶体2、晶体的冷却散热装置9、以及自倍频固体激光器的组成光路与实施例1相同。差别在于：
(1)泵浦源1为波长为808nm的半导体激光器，输出形式为脉冲形式，重复频率为3.3Hz，脉冲宽度为0.1s。
(2)输入腔镜9采用独立的平镜，在该平镜上镀有截止波长为1068nm的长波通滤光膜(即对波长小于和等于1068nm的光高反射、波长大于1068nm的光高透射)、并同时对泵浦光808nm高透射、对中心波长为534nm的光高反射。
(3)输出耦合镜10采用独立的平镜，在该平镜上镀有截止波长为1068nm的长波通滤光膜，并同时对中心波长为534nm的光高透射。
(4)晶体的两个通光端面上都镀有对泵浦光808nm、基频光1068nm附近和倍频光530-534nm附近的高透射膜11，以消除菲涅尔反射损耗。
采用外加输入镜9和输出耦合镜10构成平平腔型激光谐振腔，将自倍频晶体2设置在该平平腔内；如图5所示，采用端面泵浦方式，泵浦光从自倍频晶体2的一端面入射，沿泵浦源1输出光前方依次设置耦合装置6、输入腔镜9、自倍频晶体(Nd:GdCOB)2、输出耦合腔镜10；当泵浦光达到阈值时，实验获得530-534nm自倍频绿光激光8输出，随着泵浦光功率升高，发射波长不发生红移，有利于激光显示应用。
实施例4
参考图6，制作一种基于掺钕硼酸钙氧钇(Nd:YCOB)晶体的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器。
本实施例采用的泵浦源1和自倍频固体激光器的组成光路与实施例1相同。
差别在于：
(1)自倍频晶体2采用掺杂浓度为8at.％的Nd:YCOB晶体，按θ＝113°，φ＝35.4°方向切割成柱状，通光面为圆形，尺寸为Φ4mm×5mm。晶体通光方向的两个端面按照激光晶体的抛光工艺进行抛光处理。
(2)自倍频晶体2输入端面为平面，根据Nd:YCOB晶体的发射特性，设计镀参数如下的输入腔镜膜3：截止波长为1061nm的长波通滤光膜、并同时对泵浦光808nm高透射、对中心波长为530.5nm的光高反射。
(3)自倍频晶体2输出端面为平面，其上镀有对泵浦光808nm、基频光1061nm附近和倍频光530.5nm附近的高透射膜11，以消除菲涅尔反射损耗。
(4)在晶体输出端设置独立的输出耦合镜10，其曲率为-200mm，输出耦合镜10上镀有截止波长为1061nm的长波通滤光膜，并同时对中心波长为530.5nm的光高透射。
外加独立的输出耦合镜10与晶体输入端面的输入腔镜膜构成平凸腔型激光谐振腔。如图6所示，采用端面泵浦方式，泵浦光从自倍频晶体2的一端面入射，泵浦源1的输出光依次进入耦合装置6、输入腔镜膜3、自倍频晶体(Nd:GdCOB)2、输出耦合腔镜10；当泵浦光达到阈值时，实验获得530.5nm自倍频绿光激光8输出，随着泵浦光功率升高，发射波长不发生红移，有利于激光显示应用。
实施例5
参考图7，制作一种基于Nd:GdCOB晶体的侧面泵浦的自倍频绿光固体激光器。
本实施例采用的自倍频晶体(Nd:GdCOB)2、两个谐振腔镜的镀膜参数与实施例3相同。差别在于：
(1)泵浦源1采用了中心波长为808nm的半导体激光器模块，并且被放置在泵浦源1的冷却散热装置5上。
(2)自倍频晶体2被加工成5×1×3mm3的板条状，水平方向为倍频相位匹配方向θ＝113°，φ＝36.4°，该板条状的自倍频晶体2两端面经光学抛光并镀上对于基频光和倍频光高透射的膜12。板条状自倍频晶体2被放置并固定在晶体的冷却散热装置7上。
(3)输入腔镜9采用曲率-200mm的凹面镜，在该凹面镜上镀有截止波长为1068nm的长波通滤光膜(即对波长小于和等于1068nm的光高反射、波长大于1068nm的光高透射)、并同时对泵浦光808nm高透射、对中心波长为534nm的光高反射。
(4)输出耦合镜10采用曲率-200mm的凹面镜，在该凹面镜上镀有截止波长为1068nm的长波通滤光膜，并同时对中心波长为534nm的光高透射。输入腔镜9和输出耦合镜10分别设置在板条状的自倍频晶体2两端。
(5)自倍频晶体2两个通光端面上都镀有对基频光1068nm附近和倍频光534nm附近的高透射膜11，以消除菲涅尔反射损耗。
泵浦光从自倍频晶体2上侧表面大面积泵浦进入晶体，属于侧面泵浦方式。在晶体通光方向上，依次放置独立的激光输入腔镜9、自倍频晶体2、和独立的输出耦合镜10；泵浦源1从自倍频晶体2侧面大面积泵浦进入晶体。输入腔镜9和输出耦合镜10形成双凹型激光谐振腔。当泵浦光达到阈值时，基频激光在腔内形成谐振，倍频光沿8方向出射。随着泵浦光功率升高，发射波长不发生红移，有利于激光显示应用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，包括泵浦源、自倍频晶体和激光谐振腔；其特征在于：所述的自倍频晶体为NdxGd1-xCa4O(BO3)3或NdxY1-xCa4O(BO3)3，其中，x＝0.001-0.2；将该自倍频晶体按照倍频相位匹配方向切割成柱状或板条状，所述的柱状或板条状的两端面为两个通光端面，两个通光端面分别为泵光输入端面和激光输出端面，两个通光端面进行抛光处理；所述的自倍频晶体的通光方向厚度为0.1-20mm；所述的激光谐振腔的输入腔镜和输出耦合镜是分别制作在该自倍频晶体的两个通光端面上，其中，所述的输入腔镜是在自倍频晶体的泵光输入端面上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输入腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；所述的输出耦合镜是在自倍频晶体的激光输出端面上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射；
其中，所述的Nd:GdCOB自倍频晶体按照倍频相位匹配方向切割的切割角度为θ＝90°±5°，φ＝46°±5°、θ＝160°±5°，φ＝0°±5°、或者θ＝113°±5°，φ＝47.5°±5°；
所述的NdxY1-xCa4O(BO3)3按照倍频相位匹配方向切割的切割角度为θ＝90°±5°，φ＝35°±5°、θ＝148°±5°，φ＝0°±5°、或者θ＝113°±5°，φ＝36.5°±5°。
2.按照权利要求1所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：所述的自倍频晶体的通光端面是平面，或加工成曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的曲面。
3.按照权利要求1所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：还包括所述的激光谐振腔的输入腔镜是一块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的泵光输入端面上镀一层以消除菲涅尔反射损耗的对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜；其中，所述的输入腔镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀长波通滤光腔镜膜，所述的长波通滤光腔镜膜是：即对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；该输入腔镜设置在所述的泵浦源与所述的自倍频晶体之间。
4.按照权利要求1所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：还包括所述的激光谐振腔的输出耦合镜是一块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的光输出端面上镀一层以消除菲涅尔反射损耗的对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜；所述的输出耦合镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出耦合镜上的长波通滤光腔镜膜是：对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射；该输出耦合镜设置在所述的自倍频晶体后方。
5.按照权利要求1所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：所述的激光谐振腔的输入腔镜和输出耦合镜是两块独立的激光腔镜，并在所述的自倍频晶体的光输入端面和输出端面上分别镀一层以消除菲涅尔反射损耗的对泵浦光、基频光和倍频光都高透射的膜；所述的输入腔镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输入腔镜膜，所述的输入腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输入腔镜上的长波通滤光腔镜膜是：对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对泵浦光高透射、对中心波长为λ0/2的光高反射；该输入腔镜设置在所述的泵浦源与所述的自倍频晶体之间；所述的输出耦合镜为一块曲率在-∞到-50mm或+50mm到+∞之间的镜片，在所述的镜片上镀输出腔镜膜，所述的输出腔镜膜是长波通滤光腔镜膜，所述输出耦合镜上的长波通滤光腔镜膜是：对波长小于和等于λ0的光高反射、波长大于λ0的光高透射、并同时对中心波长为λ0/2的光高透射；该输出耦合镜设置在所述的自倍频晶体后方。
6.按照权利要求6所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：还包括一泵浦源从自倍频晶体侧面泵浦的方式，所述的泵浦源和自倍频晶体都处于冷却散热装置内，在所述的自倍频晶体的两个通光端面的两端，分别放置所述的激光输入腔镜和输出耦合镜。
7.按照权利要求1、3、4或5所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：还包括一光路耦合装置，所述的光路耦合装置由一个或者一组透镜组成，其中，该光路耦合部件位于泵浦源和激光谐振腔的输入腔镜之间的光路中。
8.按照权利要求1、3、4或5所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：所述的长波通滤光腔镜膜的截止波长λ0设置在1068nm，或λ0调整到1060nm。
9.按照权利要求1、3、4或5所述的适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器，其特征在于：所述的泵浦源是闪光灯、单管或者模块形式的半导体激光器、光纤激光器、或者可调谐钛宝石激光器；泵浦源的输出波长对应自倍频晶体的吸收峰位置；泵浦源的输出形式是连续输出或是脉冲输出。
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