CN102916334A

CN102916334A - 一种用于激光系统的复合晶体结构

Info

Publication number: CN102916334A
Application number: CN2012103933209A
Authority: CN
Inventors: 张晶; 樊仲维; 牛岗; 张国新; 侯立群
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明提供一种用于激光系统的复合晶体结构，包括复合晶体，所述复合晶体包括激光晶体区域、非线性晶体区域以及位于所述激光晶体区域和非线性晶体区域之间的隔离区。本发明能够使复合晶体中的激光晶体区域和非线性晶体区域都在最佳状态下工作，从而在实现小型化的前提下，提高激光器的工作效率。

Description

一种用于激光系统的复合晶体结构

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地说，本发明涉及一种用于激光系统的复合晶体结构。

背景技术

随着激光技术的日趋成熟，激光技术已经广泛的应用在各行各业应用中，不断发展的激光技术有很多的分支发展方向，其中一个方向是向小巧化、集成度高的方向发展。复合晶体是激光器小型化的一项重要成果。它是将激光晶体和倍频晶体通过化学方法集成在同一个晶体上，从而减小整个激光器的体积。一般来说，复合晶体是通过用不同的掺杂方案对同一基质晶体的进行掺杂，从而形成由激光晶体区域和非线性晶体区域组成的复合晶体。这种复合晶体能够实现激光系统集成化和小型化，但是，众所周知，激光晶体和非线性晶体的最佳工作环境是不同的，而现有的复合晶体中，激光晶体区域和非线性晶体区域只能工作在同一环境（共走环境）下，这样会导致激光系统的工作光光转换效率低下。一般来说，激光晶体的最佳工作温度在20°左右，而倍频晶体的最佳工作温度一般在50°左右，而现有的复合晶体中，倍频晶体与激光晶体工作在相同温度下，其光光转换效率不到最佳效率的5%。

因此，当前迫切需要一种既能够满足激光系统小型化要求，又能够保证整个激光系统的工作效率的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种既满足小型化要求，又能够保证整个激光系统的工作效率的复合晶体结构。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种工作环境优化的复合晶体结构，包括复合晶体，所述复合晶体包括激光晶体区域、非线性晶体区域以及位于所述激光晶体区域和非线性晶体区域之间的隔离区。

其中，所述激光晶体区域和非线性晶体区域之间的隔离区是未掺杂的基质晶体区域。

其中，所述工作环境优化的复合晶体结构还包括第一工作环境提供装置和第二工作环境提供装置，所述第一工作环境提供装置为所述激光晶体区域提供工作环境，所述第二工作环境提供装置为所述非线性晶体区域提供工作环境。

其中，所述第一工作环境提供装置为控温装置，所述第二工作环境提供装置也为控温装置。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

本发明能够使复合晶体中的激光晶体区域和非线性晶体区域都在最佳状态下工作，从而在实现小型化的前提下，提高激光器的工作效率。

附图说明

图1示出了本发明一个实施例中的复合晶体结构；

图2示出了本发明另一个实施例中的复合晶体结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步地描述。

图1示出了本发明的一个实施例的用于激光系统的复合晶体结构，该复合晶体结构包括复合晶体1，它由激光晶体区域11、基质晶体区域12和非线性晶体区域13构成。在一个具体实例中，基质晶体可选用钒酸钇（其化学式为YVO₄），激光晶体为掺杂钕离子（Nd³⁺）的钒酸钇，掺杂浓度2.5%，采用籽晶生长工艺生成。隔离层(即隔离区)则采用无掺杂的钒酸钇（即基质材料）。非线性晶体可以是倍频晶体，采用磷酸氧钛钾（即KTP，化学式KTiOPO₄）。其中，激光晶体长度为10mm，隔离层厚度为5mm，非线性晶体长度为5mm。采用粘接工艺将所述激光晶体、隔离层和非线性晶体制成一个复合晶体，其总长度为20mm。复合晶体可以用一个完整的基质晶体，通过精确控制钕离子的掺杂深度形成掺杂区和非掺杂区从而实现激光晶体和隔离层，然后再与单独制备的非线性晶体粘结得到。当然，也可以先分别制备激光晶体、隔离层和非线性晶体三个部分然后再将三者粘结，得到复合晶体。关于粘接工艺，根据本发明的一个实施例，采用厚度为20μm的紫外胶通过高压真空装置将钒酸钇晶体和磷酸氧钛钾晶体快速粘接，并静置12小时。由于紫外胶为高透过率胶，因此不会影响光光效率。其中，隔离层直接采用基质材料，由于基质材料中不含有能够产生激光的掺杂离子，所以不会产生电子跃迁，因此不会产生热量，起到温度隔离的作用。另外，隔离层显然也起到了将激光晶体和非线性晶体空间隔离的作用。所以，隔离层避免了激光晶体和非线性晶体之间的相互干扰，为二者均采用各自的最佳工作条件提供了条件。

图2示出了本发明另一个实施例中的复合晶体结构，它包括复合晶体1、第一工作环境提供装置2和第二工作环境提供装置3。其中，复合晶体1由激光晶体区域11、基质晶体区域12和非线性晶体区域13构成，复合晶体可由同一个装置夹持，不同晶体区域下方的控温装置根据需要采用不同的装置。一般情况下，激光晶体区域在温度为18°~20°之间可以工作在效率最高点。本实施例中，第一工作环境提供装置2为激光晶体区域11提供工作环境，它可以采用水冷或者电学制冷装置实现。第二工作环境提供装置3为非线性晶体区域13提供工作环境。非线性晶体工作方式分为两种：一种临界相位匹配，另一种是非临界相位匹配。本发明的一个优选实施例中，第二工作环境提供装置可以用温度调整非线性晶体区域的匹配角度，实现临界相位匹配或者非临界相位匹配，从而达到最佳工作效率。同时第二工作环境提供装置还提供（高温防护）24小时不间断高温防护或者惰性气体保护，以避免非线性晶体膜层潮解，保证激光系统稳定高效运行。

在实际测试中，调整第一工作环境提供装置和第二工作环境提供装置，使复合晶体中，激光晶体区域（钒酸钇掺杂钕离子的区域）的工作温度为18°，倍频晶体区域(即非线性晶体区域，磷酸氧钛钾区域)的工作温度为38°~40°，然后利用808nm波长、泵浦功率30W的泵浦光泵浦复合晶体，最终输出的绿光功率达到9.14W。

在其它实例中，基质晶体也可以是YAG（钇铝石榴石，化学式为Y₃Al₅O₁₂）晶体，倍频晶体仍选用KTP晶体，整个复合晶体由钕离子掺杂YAG区域、无掺杂YAG区域以及KTP区域构成。其中，YAG晶体和KTP晶体和通过高压真空装置粘结形成一个整体。

另外，上述实施例中，复合晶体的隔离区采用非掺杂基质晶体材料，由于与激光晶体采用了相同的基质，因此损耗较小，有利于提高激光系统的光光转换效率。但本领域普通技术人员易于理解，在其它实施例中，复合晶体的隔离区也可以采用除了非掺杂基质晶体以外的其它透明隔热材料。

最后，上述的实施例仅用来说明本发明，它不应该理解为是对本发明的保护范围进行任何限制。而且，本领域的技术人员可以明白，在不脱离上述实施例精神和原理下，对上述实施例所进行的各种等效变化、变型以及在文中没有描述的各种改进均在本专利的保护范围之内。

Claims

1.一种用于激光系统的复合晶体结构，包括复合晶体，所述复合晶体包括激光晶体区域、非线性晶体区域以及位于所述激光晶体区域和非线性晶体区域之间的隔离区。

2.根据权利要求1所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述激光晶体区域通过对基质晶体进行掺杂得到，所述激光晶体区域和非线性晶体区域之间的隔离区是未掺杂的基质晶体。

3.根据权利要求2所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述复合晶体由基质晶体和非线性晶体通过粘结得到。

4.根据权利要求3所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述粘结采用紫外胶。

5.根据权利要求2所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述用于激光系统的复合晶体结构还包括第一工作环境提供装置和第二工作环境提供装置，所述第一工作环境提供装置为所述激光晶体区域提供工作环境，所述第二工作环境提供装置为所述非线性晶体区域提供工作环境。

6.根据权利要求5所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述第一工作环境提供装置用于控制温度。

7.根据权利要求5所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述第二工作环境提供装置用于控制温度以调整所述非线性晶体区域的匹配角度。

8.根据权利要求7所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述第二工作环境提供装置还用于提供高温防护或者惰性气体保护以避免所述非线性晶体区域的膜层潮解。

9.根据权利要求3或4所述的用于激光系统的复合晶体结构，其特征在于，所述基质晶体为钒酸钇或者钇铝石榴石，所述非线性晶体为磷酸氧钛钾。