CN101950919A - 全固态串联泵浦激光器 - Google Patents

Abstract

全固态串联泵浦激光器属于激光技术领域。现有技术中采用两个泵浦源分点泵浦复合腔内的两个激光增益介质的方案，其结构复杂、价格昂贵、调试困难；而在单增益介质双波长谐振的方案中存在着非常强烈的增益竞争，很难获得高效稳定的双波长振荡。本发明由两个谐振腔复合而成，第一谐振腔由第一反射镜、输出耦合镜构成，第一激光增益介质位于其中；第二谐振腔由第二反射镜、输出耦合镜构成，第二激光增益介质位于其中，并且，第二反射镜、第二激光增益介质位于第一激光增益介质与输出耦合镜之间；两个谐振腔共用一个输出耦合镜；一个泵浦源泵浦第一激光增益介质；和频晶体位于第二激光增益介质与输出耦合镜之间。该方案能够获得480～510nm波段相干辐射。

Description

全固态串联泵浦激光器

技术领域

本发明涉及一种全固态串联泵浦激光器，能够获得480～510nm波段相干辐射，属于激光技术领域。

背景技术

在能够获得480～510nm波段相干辐射的现有技术中主要有两种方案。《激光与红外》第38卷第11期刊登的一篇题为“全固态连续波501nm青光激光器”的文献公开了一种方案，该方案采用两个泵浦源分点泵浦复合腔内的两个激光增益介质，如Nd:YAG及Nd:YV0₄，通过⁴F_3/2→⁴I_9/2及⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁产生946nm和1064nm波长谐振光，在复合腔的交叠部分放入非线性晶体如KTP进行和频来获得480～510nm波段相干辐射。然而，该方案由于采用两个泵浦源，一则使得激光器结构复杂、价格昂贵，二则使得激光器的调试非常困难，难以实用化。《中国激光》第36卷第7期刊登的一篇题为“LD抽运Nd:GdVO₄/LBD腔内和频491nm蓝光激光器”的文献公开了另一种方案，该方案通过单个增益介质的⁴F_3/2→⁴I_9/2和⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁产生912nm和1063nm的双波长谐振光，再通过非线性和频获得480～510nm波段相干辐射。然而，该方案在单个激光增益介质中，912nm和1063nm波长基频光的发射截面相差约20倍，两条跃迁谱线存在着非常强烈的增益竞争，很难获得高效稳定的双波长振荡，从而很难获得高效稳定的480～510nm波段相干辐射，和频效率因此也降低。

发明内容

为了获得480～510nm波段相干辐射，其激光器结构简单、价格低廉、调试容易，并且，能够产生高效稳定的相干辐射，我们发明了一种全固态串联泵浦激光器。

全固态串联泵浦激光器之谐振腔由两个谐振腔复合而成，其特征在于，第一谐振腔由第一反射镜、输出耦合镜构成，第一激光增益介质位于其中；第二谐振腔由第二反射镜、输出耦合镜构成，第二激光增益介质位于其中，并且，第二反射镜、第二激光增益介质位于第一激光增益介质与输出耦合镜之间；两个谐振腔共用一个输出耦合镜；一个泵浦源泵浦第一激光增益介质；和频晶体位于第二激光增益介质与输出耦合镜之间。

本发明其效果在于，在泵浦源的泵浦下，第一谐振腔产生基频光λ₁，基频光λ₁再泵浦第二激光增益介质，形成一个串联泵浦过程，产生基频光λ₂。基频光λ₁、基频光λ₂分别在第一谐振腔、第二谐振腔独立振荡，并不发生增益竞争，因而能够获得高效稳定的双波长振荡。基频光λ₁和基频光λ₂在腔内经过和频晶体的和频产生一个稳定的和频激光输出到腔外。同时，该激光器只用一个泵浦源，使得激光器结构简单、价格低廉、调试容易。

附图说明

图1是本发明之全固态串联泵浦激光器结构示意图，该图兼作为摘要附图。图2是本发明之全固态串联泵浦激光器具体结构示意图。图3是本发明之全固态串联泵浦激光器基频光腔内功率随激光增益介质长度变化关系曲线图。

具体实施方式

见图1所示，全固态串联泵浦激光器之谐振腔由两个谐振腔复合而成。第一谐振腔由第一反射镜1、输出耦合镜2构成，第一激光增益介质3位于其中。第二谐振腔由第二反射镜4、输出耦合镜2构成，第二激光增益介质5位于其中，并且，第二反射镜4、第二激光增益介质5位于第一激光增益介质3与输出耦合镜2之间。两个谐振腔共用一个输出耦合镜2；一个泵浦源6泵浦第一谐振腔。和频晶体7位于第二激光增益介质5与输出耦合镜2之间。

见图2所示，全固态串联泵浦激光器具体结构如下，泵浦源6选用808nm 20W激光二极管阵列。耦合器件由耦合光纤8、耦合透镜9组成，位于泵浦源6与第一谐振腔之间。泵浦源6及耦合器件与第一谐振腔光学同轴。耦合光纤8芯径为400μm，数值孔径NA＝0.22。耦合透镜9由一对平凸透镜组成，凸面相对，凸面半径为50mm，每个平凸透镜两面镀808nm增透膜，透过率T＞95％。第一谐振腔由第一反射镜1、输出耦合镜2构成，第一激光增益介质3位于其中。第一反射镜1为平面镜，两面镀808nm增透膜，同时腔内一面镀908nm高反射膜。第一激光增益介质3为一根Nd:YLF晶体棒，钕离子掺杂浓度N＝1％，长度为8mm，两端面镀808nm/908nm增透膜。第二谐振腔由第二反射镜4、输出耦合镜2构成，第二激光增益介质5位于其中，并且，第二反射镜4、第二激光增益介质5位于第一激光增益介质3与输出耦合镜2之间。第二反射镜4为平面镜，两面镀908nm增透膜，同时腔内一面镀1053nm高反射膜。第二激光增益介质5为一根Nd:YLF晶体棒，钕离子掺杂浓度N＝1％，长度为5mm，两端面镀908nm/1053nm增透膜。在第一激光增益介质3与第二反射镜4之间有一个聚光透镜10。两个谐振腔共用一个输出耦合镜2。输出耦合镜2为平凹镜，腔内一面为凹面，凹面曲率半径为200mm，两面镀908nm/1053nm高反射膜和488nm增透膜，高反射膜反射率R＞99.8％。和频晶体7位于第二激光增益介质5与输出耦合镜2之间。和频晶体7为非线性晶体，如LBO晶体，切割角度为θ＝90°、

来自激光二极管阵列的808nm泵浦光由耦合器件耦合到第一谐振腔内的Nd:YLF晶体棒，发生⁴F_5/2→⁴I_9/2跃迁，产生的基频光λ₁＝908nm。基频光λ₁经聚光透镜10聚焦后再泵浦第二谐振腔内的Nd:YLF晶体棒，形成一个串联泵浦过程，发生⁴F_3/2-⁴I_11/2跃迁，产生的基频光λ₂＝1053nm。基频光λ₁、基频光λ₂分别在第一谐振腔、第二谐振腔独立振荡，并不发生增益竞争，因而能够获得高效稳定的双波长振荡。基频光λ₁和基频光λ₂在腔内经过LBO晶体的和频产生一个稳定的488nm和频激光输出到腔外。同时，该激光器只用一个泵浦源，使得激光器结构简单、价格低廉、调试容易。另外，虽然第二激光增益介质5对基频光λ₁吸收系数较小，但是，基频光λ₁其较大的腔内功率也能使得第二激光增益介质5对其产生较高的吸收。并且，基频光λ₁泵浦第二激光增益介质5属于热助推泵浦方式，能够减少泵浦光光子和谐振光光子之间的斯托克斯频移，提高斯托克斯效率，将振荡过程中产生的废热量降低，有效减少第二激光增益介质5废热的产生。

关于第一激光增益介质3所采用的Nd:YLF晶体，其准三能级908nm基频光λ₁的增益系数G₉₀₈为：

$G_{908}=\frac{1}{{(1-T_{908}-L_{908})e}^{{-2\mathrm{\σ}}_a^{908}N\·1}}---\left(1\right)$

式中：T₉₀₈为908nm基频光λ₁的透过率，L₉₀₈为908nm基频光λ₁的被动损耗，

为对908nm基频光λ₁的吸收截面，N为Nd:YLF晶体Nd³⁺掺杂浓度，l为Nd:YLF晶体棒长度。

根据激光原理，可以由增益系数G₉₀₈求出908nm基频光λ₁的腔内功率P₉₀₈。

908nm光波通过第二激光增益介质5所采用的Nd:YLF晶体的同时泵浦其发生⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁，产生1053nm基频光λ₂，此时1053nm基频光λ₂的增益系数G₁₀₅₃为：

$G_{1053}={\mathrm{\σ}}_e^{1053}N\frac{{\mathrm{\σ}}_a^{908}{P}_{908}}{{\mathrm{\σ}}_a^{908}{P}_{908}+\frac{1}{\mathrm{\τ}}+{\mathrm{\σ}}_e^{1053}{P}_{1053}\frac{v_{908}{\mathrm{\ω}}_{908}}{v_{1053}{\mathrm{\ω}}_{1053}}}---\left(2\right)$

式中：

为Nd:YLF晶体1053nm基频光λ₂的发射截面，v_i为基频光的光子频率、ω_i为基频光的束腰，i＝908，1053。

根据激光原理，可以由增益系数G₁₀₅₃求出1053nm基频光λ₂的腔内功率P₁₀₅₃。

根据方程(1)和(2)以及增益系数G_i和腔内功率P_i的关系，i＝908，1053，可以得到腔内功率P_i与第二激光增益介质5所采用的Nd:YLF晶体棒长度l之间的关系曲线，见图3所示。结合上述实例，可以看出当P₉₀₈＝P₁₀₅₃时，基频光λ₁和基频光λ₂的腔内功率P_i相等，此时和频效率最高。据此，第二激光增益介质5所采用的Nd:YLF晶体棒的优化长度为5mm。

通过上述Nd:YLF-Nd:YLF组合得到908nm和1053nm双波长及双波长和频后的488nm青光激光。据此采用其它不同的晶体组合能够获得不同的双波长，从而能够获得更多不同波长的和频激光，因此，本发明之全固态串联泵浦激光器方案具有较宽的可适用性。

Claims (7)

1.一种全固态串联泵浦激光器，其谐振腔由两个谐振腔复合而成，其特征在于，第一谐振腔由第一反射镜、输出耦合镜构成，第一激光增益介质位于其中；第二谐振腔由第二反射镜、输出耦合镜构成，第二激光增益介质位于其中，并且，第二反射镜、第二激光增益介质位于第一激光增益介质与输出耦合镜之间；两个谐振腔共用一个输出耦合镜；一个泵浦源泵浦第一激光增益介质；和频晶体位于第二激光增益介质与输出耦合镜之间。

2.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，泵浦源(6)选用808nm20W激光二极管阵列；泵浦源(6)与第一谐振腔之间有耦合器件，耦合器件由耦合光纤(8)、耦合透镜(9)组成，耦合光纤(8)芯径为400μm，数值孔径NA＝0.22，耦合透镜(9)由一对平凸透镜组成，凸面相对，凸面半径为50mm，每个平凸透镜两面镀808nm增透膜，透过率T＞95％；泵浦源(6)及耦合器件与第一谐振腔光学同轴。

3.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，第一反射镜(1)为平面镜，两面镀808nm增透膜，同时腔内一面镀908nm高反射膜；第一激光增益介质(3)为一根Nd:YLF晶体棒，钕离子掺杂浓度N＝1％，长度为8mm，两端面镀808nm/908nm增透膜。

4.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，第二反射镜(4)为平面镜，两面镀908nm增透膜，同时腔内一面镀1053nm高反射膜；第二激光增益介质(5)为一根Nd:YLF晶体棒，钕离子掺杂浓度N＝1％，长度为5mm，两端面镀908nm/1053nm增透膜。

5.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，在第一激光增益介质(3)与第二反射镜(4)之间有一个聚光透镜10。

6.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，输出耦合镜(2)为平凹镜，腔内一面为凹面，凹面曲率半径为200mm，两面镀908nm/1053nm高反射膜和488nm增透膜，高反射膜反射率R＞99.8％。

7.根据权利要求1所述的全固态串联泵浦激光器，其特征在于，和频晶体(7)为非线性晶体LBO晶体，切割角度为θ＝90°、

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