CN102868083B - 一种白光固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种白光固体激光器，特别适用于激光照明、激光显示和激光眩目。它由半导体激光器阵列、激光晶体、非线性晶体和光学系统组成；激光晶体与非线性晶体组成基频光的谐振腔；激光晶体第一端面和非线性晶体第二端面上均直接镀有膜系，分别构成基频光的谐振腔的腔镜；非线性晶体为周期极化非线性晶体；半导体激光器阵列为一维线阵；光学系统为红绿蓝激光合成系统，用于将三种倍频光合成光束白光输出。本发明优点是：结构紧凑，易小型化和批量生产；高泵浦耦合效率和光光转换效率；激光输出功率稳定、低噪音；光束质量好、低空间相干性；谐振腔易调节，工作温度宽，能在较差环境可靠工作；激光器工作寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种白光固体激光器，特别适用于激光照明、激光显示和激光眩目。
背景技术
采用红绿蓝三基色激光合束技术是实现白激光的最常用方法，目前最常用的方法是采用单台红绿蓝激光器进行光束合成，体积偏大，各基色激光还需要单独调试再合成，在批量化生产过程中增加了生产步骤，降低了生产效率，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有的技术的缺点，提供一种以结构紧凑半导体直接端面泵浦固体激光器和周期极化非线性晶体倍频器及白光合成技术，实现一种结构紧凑、高转换效率、易调试和批量化生产的白光固体激光器。
本发明的技术方案是：一种白光固体激光器，由半导体激光器阵列、激光晶体、非线性晶体和光学系统组成；激光晶体与非线性晶体 组成基频光的谐振腔；激光晶体具有激光晶体第一端面和激光晶体第二端面，其中，激光晶体第一端面和非线性晶体第二端面上均直接镀有膜系，分别构成基频光的谐振腔的腔镜；所述非线性晶体为周期极化非线性晶体；
所述的半导体激光器阵列为一维线阵，发光面靠近激光晶体第一端面；
所述的激光晶体第一端面分成三个单元，分别是：A单元，B单元，C单元；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光，第二基频光，第三基频光 相对应的高反膜和与半导体激光器阵列激光波长对应的增透膜；
所述的非线性晶体第二端面分成三个单元，分别是：a单元，b单元，c单元；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光，第二基频光，第三基频光相对应的高反膜和与第一倍频光，第二倍频光，第三倍频光 相对应的增透膜；对应的非线性晶体极化周期分别满足倍频第一基频光，第二基频光，第三基频光相位匹配的要求；
所述的光学系统为红绿蓝激光合成系统，用于将第一倍频光，第二倍频光，第三倍频光 合成光束输出。
在上述技术方案基础上具有附加技术特征的进一步的技术方案是：
所述的白光固体激光器， 半 导 体 激 光 器 阵 列 其 发 光 面 占空比≤2 .5 ：1，发光元功率≤2.5W，发光元之间间隔为150～250μm；发光元至少有9个。
所述的白光固体激光器，半导体激光器阵列其激光发射波长为80Xnm或88Xnm；发光元尺寸为100μm×1μm。
所述的白光固体激光器，激光晶体为掺钕Nd激光晶体；半导体激光器阵列的发光面的尺寸小于激光晶体第一端面尺寸；激光晶体第一端面的三个单元A单元，B单元，C单元尺寸与合成光束所需红、绿、蓝激光功率所需半导体激光发光元总个数尺寸相匹配。
所述的白光固体激器，非线性晶体为周期极化晶体PPLN或PPKTP或PPSLT，极化周期满足倍频基频光相位匹配的要求，处在基频光的谐振腔内，非线性晶体第二端面三个单元a单元，b单元，c单元的尺寸与相对应的基频光的尺寸匹配。
所述的白光固体激光器，激光晶体第二端面 上镀有第一基频光、第二基频光和第三基频光增透膜。
所述的白光固体激光器，激光晶体和非线性晶体相靠近，或者连接成一体。
所述的白光固体激光器，基频光其光波长为13XXnm时，激光晶体第一端面和非线性晶体笫二端面相对应的单元镀10XXnm增透膜。
所述的白光固体激光器，基频光其光波长为9XXnm时，激光晶体第一端面和非线性晶体第二端面相对应的单元镀10XXnm、13XXnm增透膜。
所述的白光固体激光器， 激光晶体为Nd：YAG时,基频光光波长分别为946nm，1064nm和1319nm；激光晶体为Nd：YVO4时,基频光光波长分别为914nm，1064nm和1342nm。
本发明主要优点为：1.结构紧凑，三基色光同时调试，易小型化和批量生产；2.高泵浦耦合效率和光光转换效率；3.激光输出功率稳定、低噪音；4.光束质量好、低空间相干性；4.谐振腔易调节，工作温度宽，在较差环境工作可靠；5.晶体内部较低的激光功率，激光器工作寿命长。
附图说明
图1 白光固体激光器结构示意图；
图2 耦合光学系统结构1示意图；
图3 耦合光学系统结构2示意图。
图中：1-半导体激光器列阵；11-发光面；2-激光晶体；21-激光晶体第一端面；211- A单元；212- B单元；213- C单元；22-激光晶体第二端面；3-非线性晶体； 31-非线性晶体第一端面； 32-非线性晶体第二端面；321-a单元 ； 322-b单元； 323-c单元； 4-光学系统； 411-第一透镜；412-第二透镜；413-第三透镜；421-第一光纤；422-第二光纤；423-第三光纤；43-光纤合束器；44-第四光纤；5–基频光；51-第一基频光；52-第二基频光； 53-第三基频光； 6-倍频光； 61-第一倍频光；62-第二倍频光；63-第三倍频光；7-合成光束(白光)。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：
实施例1：
如图1、2、3所示，是一种白光固体激光器实施例，它由半导体激光器阵列1、激光晶体2、非线性晶体3和光学系统4组成；激光晶体2与非线性晶体3 组成基频光5的谐振腔；激光晶体2具有激光晶体第一端面21和激光晶体第二端面22，其中，激光晶体第一端面21和非线性晶体第二端面32上均直接镀有膜系，分别构成基频光5的谐振腔的腔镜；所述非线性晶体3为周期极化非线性晶体；所述的半导体激光器阵列1为一维线阵，发光面11靠近激光晶体第一端面 21；所述的激光晶体第一端面21分成三个单元，分别是：A单元211，B单元212，C单元213；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光51，第二基频光52，第三基频光53 相对应的高反膜和与半导体激光器阵列1激光波长对应的增透膜；所述的非线性晶体第二端面32分成三个单元，分别是：a单元321，b单元322，c单元323；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光51，第二基频光52，第三基频光53相对应的高反膜和与第一倍频光61，第二倍频光62，第三倍频光63 相对应的增透膜；对应的非线性晶体3极化周期分别满足倍频第一基频光51，第二基频光52，第三基频光53相位匹配的要求；所述的光学系统4为红绿蓝激光合成系统，用于将第一倍频光61，第二倍频光62，第三倍频光63合成光束7一束白光输出。有关参数选值范围为：半导体激光器阵列1其发光面11占空比≤2.5 ：1，发光元功率≤2.5W，发光元之间间隔为150～250μm，本实施例：半导体激光器阵列1其发光面11占空比为1，发光元功率为2.5W发光元之间间隔为250μm；发光元至少有9个，本实施例发光元为12个。半导体激光器阵列1其激光发射波长为80Xnm，也可选为88Xnm；发光元尺寸为100μm×1μm。半导体激光器阵列1可以连续工作，或电流调制脉冲工作。所述的激光晶体2为掺钕Nd激光晶体；半导体激光器阵列1的发光面11的尺寸小于激光晶体第一端面21尺寸；激光晶体第一端面21的三个单元A单元211，B单元212，C单元213尺寸与合成光束7白光所需红、绿、蓝激光功率所需半导体激光发光元总个数尺寸相匹配。所述的非线性晶体3为周期极化晶体PPLN或PPKTP或PPSLT，极化周期满足倍频基频光相位匹配的要求，处在基频光5的谐振腔内，非线性晶体第二端面32三个单元a单元321，b单元322，c单元323的尺寸与相对应的基频光5的尺寸匹配。所述激光晶体第二端面 22上镀有第一基频光、第二基频光和第三基频光增透膜。激光晶体2和非线性晶体3相靠近，也可以为连接成一体。基频光5其光波长为13XXnm时，激光晶体第一端面21和非线性晶体笫二端面32相对应的单元镀10XXnm增透膜。基频光5其光波长为9XXnm时，激光晶体第一端面21和非线性晶体第二端面32相对应的单元镀10XXnm、13XXnm增透膜。本实施例激光晶体2为Nd：YAG,基频光5光波长分别为946nm，1064nm和1319nm；激光晶体2也可选为Nd：YVO4,基频光5光波长分别为914nm，1064nm和1342nm。第一基频光51、第二基频光52和第三基频光53位置具有互换性,即排列先后顺序没有限制。
实施例2：
与上述实施例1不同的是， 半 导 体 激 光 器 阵列1其发光面11占空比1.5 ：1， 发光元功率为1.5W， 发光元之间间隔为150μm；发光元有18个。
实施例3：
与上述实施例1不同的是， 半 导 体 激 光 器 阵列1其发光面11占空比2 ：1， 发光元功率为1.8W， 发光元之间间隔为200μm； 发光元有15个。
本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种白光固体激光器，由半导体激光器阵列(1)、激光晶体(2)、非线性晶体(3)和光学系统(4)组成；激光晶体(2)与非线性晶体(3) 组成基频光（5）的谐振腔；激光晶体(2)具有激光晶体第一端面(21)和激光晶体第二端面(22)，其中，激光晶体第一端面(21)和非线性晶体第二端面(32)上均直接镀有膜系，分别构成基频光（5）的谐振腔的腔镜；所述非线性晶体(3)为周期极化非线性晶体；
所述的半导体激光器阵列(1)为一维线阵，发光面(11)靠近激光晶体第一端面 (21)；
其特征在于，所述的激光晶体第一端面(21)分成三个单元，分别是：A单元(211)，B单元(212)，C单元(213)；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光(51)，第二基频光(52)，第三基频光(53) 相对应的高反膜和与半导体激光器阵列(1)激光波长对应的增透膜；
所述的非线性晶体第二端面(32)分成三个单元，分别是：a单元(321)，b单元(322)，c单元(323)；三个单元之间紧密接触，并分别镀上与第一基频光(51)，第二基频光(52)，第三基频光(53)相对应的高反膜和与第一倍频光(61)，第二倍频光(62)，第三倍频光(63) 相对应的增透膜；对应的非线性晶体(3)极化周期分别满足倍频第一基频光(51)，第二基频光(52)，第三基频光(53)相位匹配的要求；
所述的光学系统(4)为红绿蓝激光合成系统，用于将第一倍频光(61)，第二倍频光(62)，第三倍频光(63) 合成光束(7)输出。
2.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，半导体激光器阵列(1)其发光面(11)占空比≤2.5 ：1，发光元功率≤2.5W，发光元之间间隔为150～250μm；发光元至少有9个。
3.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，半导体激光器阵列(1)其激光发射波长为80Xnm或88Xnm；发光元尺寸为100μm×1μm。
4.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，所述的激光晶体(2)为掺钕(Nd)激光晶体；半导体激光器阵列(1)的发光面(11)的尺寸小于激光晶体第一端面(21)尺寸；激光晶体第一端面(21)的三个单元A单元(211)，B单元(212)，C单元(213)尺寸与合成光束(7)所需红、绿、蓝激光功率所需半导体激光发光元总个数尺寸相匹配。
5.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，所述的非线性晶体(3)为周期极化晶体PPLN或PPKTP或PPSLT，极化周期满足倍频基频光相位匹配的要求，处在基频光（5）的谐振腔内，非线性晶体第二端面(32)三个单元a单元(321)，b单元(322)，c单元(323)的尺寸与相对应的基频光（5）的尺寸匹配。
6.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，所述激光晶体第二端面 (22)上镀有第一基频光、第二基频光和第三基频光增透膜。
7.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，激光晶体(2)和非线性晶体(3)相靠近，或者连接成一体。
8.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，基频光（5）其光波长为13XXnm时，激光晶体第一端面(21)和非线性晶体笫二端面(32)相对应的单元镀10XXnm增透膜。
9.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于，基频光（5）其光波长为9XXnm时，激光晶体第一端面(21)和非线性晶体第二端面(32)相对应的单元镀10XXnm、13XXnm增透膜。
10.根据权利要求1所述的白光固体激光器，其特征在于， 激光晶体（2）为Nd：YAG时,基频光（5）光波长分别为946nm，1064nm和1319nm；激光晶体（2）为Nd：YVO4时,基频光（5）光波长分别为914nm，1064nm和1342nm。
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