CN102593708A

CN102593708A - 基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器

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Publication number: CN102593708A
Application number: CN2012100566941A
Authority: CN
Inventors: 高益庆; 杨娟; 罗宁宁; 肖孟超; 钟希欢; 李芸
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-07-18

Abstract

基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器。其特征是激光泵浦光源、复合激光晶体和调Q开关在由左腔镜和右腔镜组成的谐振腔内，左聚焦透镜、右聚焦透镜、左倍频晶体、右倍频晶体和三倍频晶体放置在谐振腔外，激光泵浦光源连着复合激光晶体，调Q开关靠近复合激光晶体的左侧；激光器光路成“U”字形光路。本发明的显著优点在于：角抽运复合激光晶体能获得更好的抽运均匀性使泵浦激光更加充分利用；采用上下表面复合晶体不仅中心温度减小且温度梯度变化比较小从而减小晶体热透镜效应；角抽运配合非穏腔结构使基频光得到更加充分的利用；将倍频激光与紫外激光分别从三倍频晶体布儒斯特角切割面输出。布儒斯特角切割减少镀膜成本避免激光对于膜面的损伤，同时起到分光作用。可以达到产生的紫外激光光束质量好、峰值功率高、转换效率高等优点。

Description

基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器

本发明涉及一种固体激光装置，具体涉及一种基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器。

背景技术

紫外激光在超高密度光驱、精密材料加工、光刻、光谱分析、医疗和科研等领域有着广泛的应用前景。众所周知非线性晶体转换效率很低，倍频激光不能全部转换为紫外激光，将会有很多倍频光浪费且会影响激光器的稳定性。现市场上用激光对材料进行加工，有些需要两种或更多种不同波长的激光器对不同材料加工，当需要倍频激光与紫外激光对材料进行交替加工时，必须同时具备两台激光器，这样不仅增加了成本，还增加了工序。一种二极管端面泵浦全固态紫外激光器专利中采用棱镜分光的方式将倍频激光和紫外激光分别输出，本发明采用布儒斯特角切割方式将倍频激光和紫外激光分别输出。本发明采用紫外激光布儒斯特角切割，因倍频激光和紫外激光布儒斯特角相近，所以紫外激光布儒斯特角切割对倍频光也起作用。布儒斯特角切割减少镀膜成本避免激光对于膜面的损伤，同时起到分光作用。目前市场上大部分紫外激光器都采用端面和侧面泵浦激光晶体稳定谐振腔结构，此装置泵浦光利用率不高且在大功率运转下晶体热透镜效应很大，影响激光输出。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有技术中所存在的诸如激光晶体较大的热透镜效应、转换效率低、稳定性较差等问题而提供一种基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，它将倍频激光与紫外激光分别输出。

本发明是通过以下技术方案实现的，基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器包括激光泵浦光源，左腔镜、右腔镜、复合激光晶体、调Q开关、左倍频晶体、右倍频晶体、三倍频晶体、上全反镜、下全反镜、左聚焦透镜和右聚焦透镜，其特征是激光泵浦光源、复合激光晶体和调Q开关在由左腔镜和右腔镜组成的谐振腔内，左聚焦透镜、右聚焦透镜、左倍频晶体、右倍频晶体和三倍频晶体放置在谐振腔外，激光泵浦光源连着复合激光晶体，调Q开关靠近复合激光晶体的左侧；上全反镜连着左腔镜，下全反镜又连着上全反镜，左聚焦透镜连着下全反镜，左倍频晶体连着左聚焦透镜，右倍频晶体连着左倍频晶体，右聚焦透镜连着右倍频晶体，三倍频晶体连着右聚焦透镜，激光器光路成“U”字形光路，沿基频光光路由左腔镜，全反射镜，全反射镜和三倍频晶体构成。

所述激光泵浦光源为半导体二极管阵列角抽运复合激光晶体；

所述复合激光晶体为Nd:YVO4/YVO4、或Nd:YAG/YAG、或Nd:GdVO4/GdVO4、或Yb:YAG/ YAG等，采用复合激光晶体不仅中心温度减小，且温度梯度变化比较小，从而减小晶体热透镜效应；

所述左腔镜和右腔镜组成的谐振腔为双凸腔，平凸腔、非对称实共焦腔或虚共焦腔。

所述调Q开关为声光调Q开关、电光调Q开关、可饱和吸收体调Q开关、声光被动双调Q开关。

所述左倍频晶体和右倍频晶体为I类相位匹配方式LBO，或Ⅱ类LBO、Ⅱ类KTP、ⅡBBO、ⅡCLBO，两个倍频晶体成180°放置,利用后一块晶体补偿前一块晶体的倍频光走离效应，晶体两端镀1064nm&532nm高透膜。

所述三倍频晶体为Ⅱ类相位匹配方式LBO，或者为I类LBO、Ⅱ类BBO、Ⅱ类CLBO，晶体非布儒斯特角切割面镀1064nm&532nm&355nm增透膜，倍频激光与紫外激光从布儒斯特角切割面分别输出。

所述上全反镜靠近调Q开关一侧镀45°基频光高反膜。

所述下全反镜靠近左倍频晶体的一侧镀45°基频光高反膜和45°倍频光高反膜。

本发明的显著优点在于：该激光器采用角抽运复合激光晶体与非穏腔技术提高振荡激光与抽运光的模式匹配，获得更好的抽运均匀性使泵浦激光更加充分利用；采用上下表面复合晶体不仅中心温度减小且温度梯度变化比较小从而减小晶体热透镜效应；而两端对接的复合晶体不能减小温度梯度变化；角抽运配合非穏腔结构使基频光得到更加充分的利用；采用两个相同成180°放置的倍频晶体，后一块晶体补偿前一块晶体的倍频光走离效应，通过两个倍频晶体时,倍频光首先通过前一块倍频晶体中向下发生偏移,在通过后一块倍频晶体时又向上发生偏移,从而获得了走离效应补偿，增加晶体的有效相互作用长度并提高光束质量；同时采用布儒斯特角双波长技术，将倍频激光与紫外激光分别输出。布儒斯特角切割减少镀膜成本避免激光对于膜面的损伤，同时起到分光作用。借由本发明的基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，可以达到产生的紫外激光光束质量好、峰值功率高、转换效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的泵浦光在复合激光晶体内的全反射示意图。

图3为本发明倍频光在左倍频晶体和右倍频晶体中的光路图。

在图中，1、激光泵浦光源 2、复合激光晶体 3、右腔镜 4、调Q开关 5、左腔镜 6、上全反镜 7、下全反镜 8、左聚焦透镜 9、左倍频晶体 10、右倍频晶体、11、右聚焦透镜 12、三倍频晶体 13、基频激光 14、二次谐波 15、三次谐波 16、

Figure 2012100566941100002DEST_PATH_IMAGE002

晶体 17、

Figure 2012100566941100002DEST_PATH_IMAGE004

晶体 18、键合区 19、左倍频晶体光轴 20、右倍频晶体光轴 21、左入射光夹角 22、右入射光夹角 23、倍频光线。

具体设计过程

下面结合图1、图2、图3对本发明作进一步说明：本发明包括激光泵浦光源1，左腔镜5、右腔镜3、复合激光晶体2、调Q开关4、左倍频晶体9、右倍频晶体10、三倍频晶体12、上全反镜6、下全反镜7、左聚焦透镜8和右聚焦透镜11，其特征是激光泵浦光源1、复合激光晶体2和调Q开关4在由左腔镜5和右腔镜3组成的谐振腔内，左聚焦透镜8、右聚焦透镜11、左倍频晶体9、右倍频晶体10和三倍频晶体12放置在谐振腔外，激光泵浦光1源连着复合激光晶体2，调Q开关4靠近复合激光晶体的左侧；上全反镜6连着左腔镜5，下全反镜7又连着上全反镜6，左聚焦透镜8连着下全反镜7，左倍频晶体9连着左聚焦透镜，右倍频晶体10连着左倍频晶体9，右聚焦透镜11连着右倍频晶体10，三倍频晶体12连着右聚焦透镜11，激光器光路成“U”字形光路，沿基频激光13光路由左腔镜，全反射镜，全反射镜和三倍频晶体构成。

所述左腔镜和右腔镜为双凸腔，平凸腔、非对称实共焦腔或虚共焦腔。

所述上全反镜靠近调Q开关一侧镀45°基频光高反膜。

本发明采用半导体二极管阵列1（808nm）作为泵浦源，并采用角抽运方式抽运复合激光晶体，如图2所示，复合激光晶体2为Nd:YVO4晶体16和YVO4晶体17上下面对接复合而成，中间为键合区18，经晶体耦合输出的基频激光通过腔内调Q开关4（两通光面镀基频光高透膜）进行调制；调制后形成脉冲输出的基频光激13，脉冲输出的基频激光经“U”字形光路拐角处上全反镜6和下全反镜7后经聚焦透镜8（双面镀基频光高透膜）聚焦到左倍频晶体9和右倍频晶体10（两个晶体双面镀基频光和倍频光高透膜）上进行基频激光到倍频激光的转换，两个相同倍频晶体成180°放置，如图3所示，利用后一块晶体补偿前一块晶体的倍频光走离效应，通过两个倍频晶体时,倍频光线23首先通过左倍频晶体向下发生偏移,与左倍频晶体光轴19形成左入射光夹角21，通过右倍频晶体时又向上发生偏移, 与右倍频晶体光轴20形成右入射光夹角22，获得了走离效应补偿。未完成倍频转换的基频光与倍频光经过右聚焦透镜（双面镀基频光和倍频光高透膜）聚焦到三倍频晶体12（非布儒斯特角切割面镀基频光和倍频光和紫外激光高透膜）上进行和频转换，得到的二次谐波14和三次谐波15分别从三倍频晶体12布儒斯特角切割面输出。

其原理是：角抽运复合激光晶体，如图2所示，泵浦光通过复合晶体的倒角耦合到复合激光晶体介质内，抽运光在介质内多次全反射实现多程吸收，大大增加了吸收路程，角抽运复合激光晶体不仅中心温度减小而且温度梯度变化比较小从而减小晶体热透镜效应；角抽运复合激光晶体配合非穏腔结构使基频光得到更加充分的利用，输出基频光获得较好的光束质量、较高的功率和更好的稳定性。利用激光腔内放置的调Q开关，获得高重复频率和短脉冲宽度的近基模基频光，调制后的基频光从腔内输出后经两个全反镜后再经聚焦透镜聚焦到两个相同的倍频晶体上进行基频光到倍频光的转换，两个倍频晶体成180°放置，如图3所示,利用后一块晶体补偿前一块晶体的倍频光走离效应，通过两个倍频晶体时,倍频光首先通过前一块倍频晶体中向下发生偏移,在通过后一块倍频晶体时又向上发生偏移,从而获得了走离效应补偿。未完成倍频转换的基频光与倍频光经过聚焦透镜聚焦到紫外布儒斯特角切割的三倍频晶体上进行和频转换，因倍频激光和紫外激光布儒斯特角相近，所以紫外激光布儒斯特角切割对倍频光也起作用，剩余的倍频激光与紫外激光分别从布儒斯特角切割面形成双波长输出。

Claims

1. 基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，它包括激光泵浦光源、左腔镜、右腔镜、复合激光晶体、调Q开关、左倍频晶体、右倍频晶体、三倍频晶体、上全反镜、下全反镜、左聚焦透镜和右聚焦透镜，其特征是激光泵浦光源、复合激光晶体和调Q开关在由左腔镜和右腔镜组成的谐振腔内，左聚焦透镜、右聚焦透镜、左倍频晶体、右倍频晶体和三倍频晶体放置在谐振腔外，激光泵浦光源连着复合激光晶体，调Q开关靠近复合激光晶体的左侧；上全反镜连着左腔镜，下全反镜又连着上全反镜，左聚焦透镜连着下全反镜，左倍频晶体连着左聚焦透镜，右倍频晶体连着左倍频晶体，右聚焦透镜连着右倍频晶体，三倍频晶体连着右聚焦透镜，激光器光路成“U”字形光路，沿基频光光路由左腔镜，全反射镜，全反射镜和三倍频晶体构成。

2.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述激光泵浦光源为半导体二极管阵列角抽运复合激光晶体。

3.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述调Q开关为声光调Q开关、电光调Q开关、可饱和吸收体调Q开关、声光被动双调Q开关。

4.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述复合激光晶体为Nd:YVO4/YVO4、或Nd:YAG/YAG、或Nd:GdVO4/GdVO4、或Yb:YAG/ YAG等，采用复合激光晶体不仅中心温度减小，且温度梯度变化比较小，从而减小晶体热透镜效应。

5.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述左腔镜和右腔镜组成的谐振腔为双凸腔，平凸腔、非对称实共焦腔或虚共焦腔。

6.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述相同的左倍频晶体和右倍频晶体为I类相位匹配方式LBO，或Ⅱ类LBO、Ⅱ类KTP、ⅡBBO、ⅡCLBO，两个倍频晶体成180°放置,利用后一块晶体补偿前一块晶体的倍频光走离效应，晶体两端镀1064nm&532nm高透膜。

7.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述三倍频晶体为Ⅱ类相位匹配方式LBO，或者为I类LBO、Ⅱ类BBO、Ⅱ类CLBO，晶体非布儒斯特角切割面镀1064nm&532nm&355nm增透膜，倍频激光与紫外激光从布儒斯特角切割面分别输出。

8.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述上全反镜靠近调Q开关一侧镀45°基频光高反膜。

9.根据权利要求1所述基于布儒斯特角双波长输出全固态激光器，其特征是所述下全反镜靠近左倍频晶体的一侧镀45°基频光高反膜和45°倍频光高反膜。