CN102280810A - 一种宽温度工作范围的倍频激光器 - Google Patents
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Abstract
一种高效率、具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，包括LD泵浦源、耦合系统，激光谐振腔；激光谐振腔包括输入腔镜、具有较宽吸收带宽的激光晶体、具有较宽温度接受带宽倍频晶体、输出腔镜。采用以上技术方案，在较宽的温度范围内，通过对激光谐振腔镜镀上特定的膜系并将倍频晶体按相应的位相匹配角切割，可以分别实现宽温度带带红光、绿光或者蓝光的倍频激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及全固态激光技术领域，特别涉及一种LD泵浦的具有宽温度带宽的倍频激光器。
背景技术
可见波长激光在全色显示、图像处理、激光投影、激光打印、光纤通讯、医疗和科学研究等方面具有广泛的应用。这些应用都要求激光器在较宽温度范围正常工作。目前，获得可见光激光的方法可采用KTP、LBO等非线性光学晶体，对掺Nd3+离子激光晶体产生的0.9μm、1.06μm和1.3μm波段激光倍频。。由于KTP、LBO等非线性晶体的温度接受带宽都很窄(KTP：26.25K*cm)，在腔内倍频激光器中，如果不带温控，其输出功率往往随温度急剧变化，并且由于热效应等问题使得输出光斑的质量变差，影响应用。因此对激光器整体控温提出了严格的要求，从而限制了激光器在建筑测量、Laser Point(激光)、微型化激光显示方面等应用。
为了解决温度控制的问题，专利公开号(CN 101162828A)专利通过对激光增益介质的光轴进行角度切割或在激光增益介质与非线性倍频晶体之间插入具有合适光程的均匀光学介质或双折射晶体来消除基频、倍频光往返通过激光晶体后进入倍频晶体时产生的相对相位，以实现较宽温度带宽倍频光输出。专利公开号(CN 101304153A)专利采用由前、后腔镜，低级次波片(由光轴相互垂直的倍频晶体构成)及偏振起偏器构成的扭摆模腔结构实现微片式腔内倍频光输出：使光轴相互垂直的倍频晶体成为零级全波片、二分之一波片或其它低级次波片，由于低级次波片温度带宽较宽，从而实现宽温度范围倍频输出。以上两种获得宽温度范围倍频光输出技术，加入光学晶体使得胶合变得更为复杂，并且增加了成本。而专利号(ZL200620070891.9)专利采用多个LD泵浦源，利用不同工作范围对应其中一个或数个LD波长落在适合作泵浦波长范围的特点，达到无需温度控制或较低功率功耗的温度控制，从而实现在较宽温度范围内使用半导体泵浦激光器的目的，这种方案采用多个LD增加成本，并且使得激光器整体的结构非常复杂。
发明内容
为克服现有技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种高效率、结构紧凑、体积小、光束质量好、成本低的对温度变化具有较高稳定性的LD泵浦的倍频激光器，有利于倍频激光器的应用和产业化发展。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供对温度变化具有较高稳定性的LD泵浦的高效率倍频激光器，包括LD泵浦源、耦合系统、激光谐振腔。其中激光谐振腔包括输入腔镜、激光晶体、倍频晶体和输出腔镜。激光晶体采用掺钕(Nd)离子的无序结构晶体或者高掺杂浓度晶体、或者掺钕玻璃材料；掺镱(Yb)类激光晶体(以Nd:GdYVO4和Yb:YAG晶体为例)，倍频晶体采用硼酸钙氧盐系列晶体(简写为ReCOB晶体(Re指稀土离子)，以GCOB非线性晶体为例)。激光谐振腔输入腔镜镀有对泵浦光的增透膜以及对基频光和倍频光的高反膜，在激光谐振腔输出镜镀对振荡光的高反膜以及倍频光的增透膜。激光晶体和倍频晶体均镀对基频光和倍频光的增透膜。掺钕(Nd)离子的无序结构晶体或者高掺杂浓度晶体、或者掺钕玻璃材料或者掺镱(Yb)离子激光晶体，由于Nd离子或者Yb离子占据不同的晶格格位而使其具有非均匀展宽的特性，从而使得这类晶体具有很宽的吸收带宽(通常接近或大于10nm)，因此降低了对LD温度控制的要求；而硼酸钙氧盐系列晶体用于倍频具有很宽的温度接受带宽，因此可以用于宽温度工作范围的倍频激光器。
本发明采用以上技术方案，通过使用具有宽吸收带宽的激光晶体，降低了对泵浦源LD温度控制的要求；通过使用具有较宽温度接受带宽的倍频晶体，降低了倍频晶体对于温控的要求，从而实现了无温控系统激光器可在较宽温度范围下正常工作。
所述的泵浦源是单个激光二极管(LD)，或者是LD列阵，所用LD的工作中心波长为Nd离子类激光介质最大吸收峰对应的波长，或Yb离子类激光介质最大吸收峰对应的波长。
所述的激光介质，是高浓度Nd:YVO4等具有较宽吸收带宽的有序晶体；或者是Nd:GdYVO4、Nd:LuGdVO4、Nd:LuYVO4、Nd:LGGG、Nd:GAGG、Nd:YGG掺Nd离子的无序结构激光晶体，或者掺钕激光陶瓷，或者掺钕激光玻璃；或者是Yb:YVO4、Yb:YAG、Yb:GGG、Yb:GdVO4等掺Yb离子激光介质。
所述的倍频晶体，可以是硼酸钙氧盐系列晶体(ReCOB)或者其它具有较宽的温度接受带宽的非线性激光晶体。
本发明采用以上技术方案，由于所选用激光晶体对泵浦源LD波长的温漂不敏感，倍频晶体的温度带宽较宽，所以使得腔内倍频激光器的输出功率对温度的变化不敏感。
本发明的优越性：
1，可见光激光器在全色显示、图像处理、激光投影、激光打印、光纤通讯、医疗和科学研究等方面具有广泛的应用前景。本发明的LD泵浦具有较宽温度带宽的倍频激光器，结构简单，调整简易，体积小，效率高，成本低，可用于多种应用场合；
2，本发明还可采用在晶体表面直接镀膜形成激光振荡腔，无需调节；
3，本发明通过采用具有较宽吸收带宽的激光晶体，省去了LD的温控系统，；
4，本发明通过采用具有较宽温度接受带宽的非线性倍频晶体，省去了倍频晶体控温系统；
附图说明
图1，本发明腔内倍频激光器的结构示意图。
其中，1是泵浦源，2是聚焦系统，3是输入腔镜，4是激光晶体，5是倍频晶体，6是输出腔镜。
具体实施方案
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施实例一：
按照说明书附图1制作一台具有较宽温度带宽的倍频绿光激光器(以掺Nd离子的无序结构激光晶体为例)，包括1泵浦源、2聚焦系统、3输入腔镜、4激光晶体、5倍频晶体，6输出腔镜。其中泵浦源LD阵列输出中心波长为808nm，激光谐振腔的镀膜情况如下：输入腔镜3镀对泵浦光的增透膜(AR808nm)和对基频光和倍频光高反膜(HR1.06μm&0.53μm)；输出腔镜6镀对基频光的高反膜(HR1.06μm)和对倍频光的高透膜(HT0.53μm)；激光晶体4和倍频晶体5均镀对基频光和倍频光的增透膜。其中，倍频晶体按位相匹配角度切割。LD发出的泵浦光经聚焦耦合系统2进入激光晶体4，产生的1.06μm激光4倍频晶体倍频，从而产生0.53μm自倍频绿光输出。由于激光晶体的吸收带宽以及倍频晶体的温度接受带宽较宽，从而使得激光器整体对温度变化不敏感，获得在较宽温度下的稳定输出。
实施实例二：
按照说明书附图1制作一台具有较宽温度带宽的高效的倍频绿光激光器，与实施实例一不同的是：采用掺Yb离子的无序结构激光晶体，输入腔镜3镀AR970nm和HR1.04μm&0.52μm；输出腔镜6镀HR1.04μm，HT0.52μm。
实施实例三：
按照说明书附图1制作一台具有较宽温度带宽的高效的倍频红光激光器，与实施实例一不同的是：输入腔镜3镀AR808nm和HR1.33μm&0.67μm；输出腔镜6镀HR1.33μm，HT0.67μm。
实施实例四：
按照说明书附图1制作一台具有较宽温度带宽的高效的倍频蓝光激光器，与实施实例一不同的是：输入腔镜3镀AR808nm和HR0.9μm&0.45μm；输出腔镜6镀HR0.9μm，HT0.45μm。
实施实例五：
按照说明书附图1制作一台具有较宽温度带宽的高效的倍频绿光激光器，与实施实例一不同的是：采用在激光晶体和倍频晶体上镀膜构成谐振腔：激光晶体前表面镀对泵浦光的增透膜(AR808nm)和对基频光和倍频光高反膜(HR1.06μm&0.53μm)；倍频晶体输出面镀对基频光的高反膜(HR1.06μm)和对倍频光的高透膜(HT0.53μm)。
Claims (10)
1.一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，包括LD泵浦源、耦合系统，激光谐振腔；激光谐振腔包括输入腔镜、激光介质、倍频晶体、输出腔镜，其特征在于：LD的输出光束经所述耦合系统准直聚焦，进入所述激光介质进行泵浦产生基频光，基频光进入所述的倍频晶体产生红光、绿光和蓝光激光。
2.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所述的激光介质具有宽的吸收带宽，吸收带宽大于2nm。
3.如权利要求2所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所述的激光介质是类似Nd:YVO4有序结构激光晶体；或者Nd:GdYVO4、Nd:LuGdVO4、Nd:LuYVO4、Nd:LGGG、Nd:GAGG、Nd:YGG等掺Nd离子的无序结构激光晶体；或者是掺钕激光玻璃；或者掺钕激光陶瓷；或者是Yb:YVO4、Yb:YAG、Yb:GGG、Yb:GdVO4等掺Yb离子的激光晶体、或者掺Yb激光陶瓷和玻璃。
4.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所述倍频晶体采用的倍频晶体硼酸钙氧盐系列晶体。
5.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：通过在所述输入腔镜和输出腔镜镀特定的膜系和对倍频晶体按照相应的相位匹配角度切割，可分别实现红光、绿光和蓝光输出。
6.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所述激光晶体和所述倍频晶体通过光胶胶合在一起，或者二者是分离器件。
7.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：通过在所述激光晶体和倍频晶体通光面镀膜形成输入和输出腔镜构成谐振腔形成微片激光器。
8.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所述LD泵浦源可以是单管LD或者是LD列阵，或者是光纤耦合输出泵源模块。
9.如权利要求1所述的一种具有宽温度带宽的LD泵浦的倍频激光器，其特征在于：所采用LD的中心波长为Nd离子对应的吸收峰波长，或者Yb离子对应的吸收峰波长。
10.如权利要求1所述的一种LD泵浦的激光器，其特征在于：所述的耦合系统可以是直接耦合，或者单透镜耦合，也可以是透镜组耦合。
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