CN103151699A - 一种535nm全固态倍频激光器 - Google Patents

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武振国
王青圃
张远耕
从振华
刘兆军
陈晓寒
王聪
王伟涛
李静
张怀金
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Abstract

一种535nm全固态倍频激光器，属于固态激光技术领域。包括泵浦源、耦合透镜和耦合腔等，耦合腔内放置激光晶体、调Q器件、倍频晶体，由温度控制系统使上述晶体和器件保持温度恒定，其特征在于使用Nd:KLu(WO4)2晶体的4F3/2-4I11/2激光跃迁产生1070nm激光，然后经过倍频晶体倍频得到535nm激光。输入镜M1、腔镜M2、输出镜M3、激光晶体、倍频晶体端面分别镀有对相应波长的光透过率或者反折射大于95%的介质膜。本发明激光器价格低廉，维护方面，运行成本低，功率大，光束质量高，在激光投影，生物医学和物理研究方面有重要应用。

Description

一种535nm全固态倍频激光器
技术领域
本发明涉及一种535nm全固态倍频激光器，属固态激光技术领域。
背景技术
535nm激光在物理学、生物医学、以及激光投影方面都有重要的应用。
在物理领域，研究原子的对称性破坏是检验标准模型和探讨弱作用力的有效方法，进而从中发现新物理。其主要表现在弱作用力里的宇称不守衡(Parity non-conservation,PNC)现象上，而铊元素是研究PNC的重要元素之一。在做铊原子束的冷却以增加光谱精准度或者测量铊原子里某些禁带跃迁中的宇称不守衡现象等实验中，535nm(6P3/2-7S1/2)激光是做铊原子相关实验的重要光源。
在生物医学方面，人体血红蛋白吸收峰为542nm,目前医学上常使用532nm激光用于激光治疗，相对532nm激光535nm激光更接近人体血红蛋白吸收峰，因此535nm激光医用效果可以更好。
在投影领域，一方面人眼用于感受颜色的视椎细胞的对555nm响应最灵敏，与地球表面太阳光光谱的555nm峰值相对应。另一方面人眼对颜色的感知还跟人眼色彩感受器的相对响应度有关，人眼对绿光和红光的响应波长分别为540nm和570nm。这两个波段相隔较近，这使得所使用的绿光的波长的选择在激光投影方面对决定色域大小起着重要作用。使用523nm的绿光，可以得到最大的色域，但是考虑人眼的555nm波段的绿光感知最灵敏，所以最佳的投影使用波段选择是530-535nm。使用535nm激光投影比使用532nm激光投影更加鲜艳明亮。
目前根据报道的产生535nm激光的方法包括：采用Nd:GdVO4晶体，通过在谐振腔内插入体光栅进行选频抑制1064nm激光振荡，选择1070nm激光振荡，然后通过KTP倍频晶体倍频输出535nm激光(C.J.Liao,Y.H.Lien,T.Y.Chung,S.S.Yang,and J.T.Shy,“Lasing action of Nd:GdVO4at1070nm by Volumetric Bragg Grating,”in Conferenceon Lasers and Electro-Optics(Optical Societyof America,2007),paper CThE3.BraggGrating)。或者采用Nd:SGG晶体产生1070nm激光然后通过倍频晶体倍频输出535nm激光(W.Liang,G.C.Sun,X.Yu,B.Z.Li,and G.Y.Jin,“Diode-pumped CW Nd:SGG laserat1070nm,”Laser Phys.Lett.8,No.5,363-365(2011)。第一种方法采用Nd:GdVO4晶体加体光栅的方式结构复杂，成本高，效率低。第二种方法采用Nd:SGG晶体，但是此晶体材料1070nm激光的受激发射截面较小，激光阈值高，效率较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供了应用在激光投影，生物医学和物理研究方面的535nm全固态倍频激光器。利用Nd:KLu(WO4)2晶体的4F3/2-4I11/2激光跃迁产生1070nm激光，然后经过倍频晶体倍频得到535nm激光输出。
本发明的技术方案如下：
一种535nm全固态倍频激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、腔镜M2、输出镜M3和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，输入镜M1位于耦合透镜组之后，输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置腔镜M2将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔放置倍频晶体；激光晶体、调Q器件和倍频晶体均通过温度控制系统保持其温度恒定，其特征在于：输入镜M1镀有对泵浦光波段光透过率不小于99%、对1070nm波长的光反射率不小于99%的介质膜；腔镜M2镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光反射率不小于99%的介质膜；输出镜M3镀有对1070nm波段光反射率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于96%的介质膜；激光晶体采用Nd:KLu(WO4)2晶体，晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%的介质膜；倍频晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于99%的介质膜。
所述激光晶体为Nd:KLu(WO4)2晶体,其钕离子的掺杂浓度在0.5%-3%之间，晶体切割方向为a切，长度在0.5mm到50mm之间。
所述的调Q器件为主动声光调Q器件、主动电光调Q器件、被动Cr：YAG调Q器件和半导体调Q器件的一种，连续运转时不插入调Q器件。
所述的倍频晶体为KTP、KTA、LBO和BBO晶体中的一种，其长度在1mm至20mm，切割方向为用于1070nm激光倍频的角度。
所述的输出镜M1和输出镜M3为平镜、凹镜和凸镜中一种。
所述泵浦源为半导体激光器、光纤耦合输出半导体激光器和氙灯中一种，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦，侧面泵浦方式不使用耦合透镜组。
本发明激光器在中低功率应用的情况下，晶体端面也可以只进行抛光不进行镀膜，这样会降低成本但同时也会影响转换效率。
本发明激光器在中低功率应用的情况下，可以不使用腔镜M2，这样可以使腔体更加紧凑，降低成本，但同时也会降低输出功率。
上述输入镜M1，腔镜M2，输出镜M3可以用介质薄膜替换，具体方案为在激光晶体一个端面镀808nm高透、1070nm高反介质膜，在激光晶体的另一个端面镀1070nm高透介质膜，在倍频晶体一个端面镀1070nm高透，535nm高反介质膜，在倍频晶体另一个面镀1070nm高反，535nm高透介质膜。这样可以取代输入镜M1，腔镜M2和输出镜M3。
同现有技术相比，本发明激光器通过Nd:KLu(WO4)2晶体产生基频1070nm激光通过倍频的方式输出535nm激光，结构简单，效率高，可以产生大功率、高效率的535nm激光。本发明激光器价格低廉，维护方便，运行成本低，光束质量高，在激光投影显示领域，生物医学和物理研究方面作为一种光源有着重要的应用。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明实施实例1、2、3、4、5的结构示意图；
其中：1、泵浦源，2、耦合透镜组，3、激光晶体，4、调Q器件，5、倍频晶体，6、输入镜M1，7、腔镜M2，8、输出镜M3。
图2为本发明实施实例6、7的结构示意图；
其中：1、泵浦源（侧泵激光二极管模块），3、激光晶体，4、调Q器件，5、倍频晶体，6、输入镜M1，7、腔镜M2，8、输出镜M3。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
本发明实施例1如图1所示，包括泵浦源（1）、耦合透镜组（2）、激光晶体（3）、调Q器件（4）、倍频晶体（5）、输入镜M1（6）、腔镜M2（7）、输出镜M3（8）和温度控制系统，泵浦源（1）位于耦合透镜组（2）之前，输入镜M1（6）位于耦合透镜组（2）之后，输入镜M1（6）和输出镜M3（8）构成耦合腔，耦合腔内放置腔镜M2（7），将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体（3）和调Q器件（4）；后腔放置倍频晶体（5），激光晶体（3）、调Q器件（4）和倍频晶体（5）均通过温度控制系统保持其温度恒定。其特征在于：输入镜M1（6）镀有对泵浦光波段光透过率不小于99%、对1070nm波长的光反射率不小于99%的介质膜；腔镜M2（7）镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光反射率不小于99%的介质膜；输出镜M3（8）镀有对1070nm波段光反射率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于96%的介质膜；激光晶体（3）采用Nd:KLu(WO4)2晶体，激光晶体（3）两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%的介质膜；倍频晶体（5）两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于99%的介质膜。
所述激光晶体（3）钕离子的掺杂浓度在2.8%，晶体切割方向为a切，晶体长度10mm。
所述调Q器件（4）为主动调Q声光调Q器件。
所述倍频晶体（5）为KTP晶体，晶体长度6mm。
所述输入镜M1（6）和输出镜M3（8）为平镜。
所述泵浦源（1）为半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦。
实施例2：
本发明实施例2如图1所示，包括泵浦源、耦合透镜组（2）、激光晶体（3）、调Q器件（4）、倍频晶体（5）、输入镜M1（6）、输出镜M3（8）和温度控制系统，泵浦源（1）位于输入镜M1（6）之前，输入镜M1（6）和输出镜M3（8）构成耦合腔，耦合腔内放置腔镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体（3）和调Q器件（4）；后腔放置倍频晶体（5），激光晶体、调Q器件（4）和倍频晶体（5）均通过温度控制系统保持其温度恒定。其特征在于：输入镜M1（6）镀有对泵浦光波段光透过率不小于99%、对1070nm波长的光反射率不小于99%的介质膜；输出镜M3（8）镀有对1070nm波段光反射率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于96%的介质膜；激光晶体（3）采用Nd:KLu(WO4)2晶体，晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%的介质膜；倍频晶体（5）一个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光反射率不小于99%的介质膜，倍频晶体（5）另一个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于99%的介质膜。本实施例不采用腔镜M2（7）。
所述激光晶体（3）钕离子的掺杂浓度在3%，晶体切割方向为a切，晶体长度12mm。
所述调Q器件（4）为主动调Q声光调Q器件。
所述倍频晶体（5）为KTP晶体，晶体长度5mm。
所述输入镜M1（6）和输出镜M3（8）为平镜。
所述泵浦源为半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦。
实施例3
同实施例1相同，只是所述激光晶体（3）钕离子的掺杂浓度在2.5%，晶体切割方向为a切，晶体长度9mm。
所述的倍频晶体（5）为LBO晶体，晶体长度8mm。
实施例4
同实施例1相同，只是所用输出镜M3采用平凹镜，凹面曲率半径为3000mm，所述调Q器件（4）为Cr:YAG被动调Q晶体片，小信号透过率为90%。所述激光晶体Nd:KLu(WO4)2钕离子的掺杂浓度在2.7%，晶体切割方向为a切，晶体长度11mm。
所述倍频晶体（5）为KTP晶体，晶体长度7mm。
实施例5
同实施例2相同，只是不插入调Q器件（4），所述腔镜M1和M3（8）为平镜，所述激光晶体（3）钕离子的掺杂浓度在3%，晶体切割方向为a切，晶体长度13mm。所述倍频晶体（5）为KTP晶体，晶体长度9mm。
实施例6
本发明实施例6使用侧泵激光二极管模块作为泵浦源,如图2所示，包括泵浦源、激光晶体（3）、调Q器件（4）、倍频晶体（5）、输入镜M1（6）、腔镜M2（7）、输出镜M3（8）和温度控制系统，耦合腔内放置腔镜M2（7），将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件（4）；后腔放置倍频晶体（5）。激光晶体（3）、调Q器件（4）和倍频晶体（5）均通过温度控制系统保持其温度恒定。其特征在于：输入镜M1（6）镀有对泵浦光波段光透过率不小于99%、对1070nm波长的光反射率不小于99%的介质膜；腔镜M2（7）镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光反射率不小于99%的介质膜；输出镜M3（8）镀有对1070nm波段光反射率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于96%的介质膜；激光晶体（3）采用Nd:KLu(WO4)2晶体，晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%的介质膜；倍频晶体（5）两个断面均镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于99%的介质膜。
所述激光晶体钕离子的掺杂浓度在1%，晶体长度50mm。所述调Q器件（4）为主动调Q声光调Q器件。
所述倍频晶体（5）为KTP晶体，晶体长度6mm。
所述输入镜M1（6）和输出镜M3（8）为平镜。
所述泵浦源为侧泵激光二极管模块，泵浦方式为侧面泵浦。
实施例7
同实施例6相同，只是所述的侧面泵浦模块为氙灯，所述的调Q器件（4）为主动电光调Q器件。

Claims (6)

1.一种535nm全固态倍频激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、腔镜M2、输出镜M3和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，输入镜M1位于耦合透镜组之后，输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置腔镜M2将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔放置倍频晶体；激光晶体、调Q器件和倍频晶体均通过温度控制系统保持其温度恒定，其特征在于：输入镜M1镀有对泵浦光波段光透过率不小于99%、对1070nm波长的光反射率不小于99%的介质膜；腔镜M2镀有对1070nm波段光透过率不小于99％、对535nm波段光反射率不小于99%的介质膜；输出镜M3镀有对1070nm波段光反射率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于96%的介质膜；激光晶体采用Nd:KLu(WO4)2晶体，晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%的介质膜；倍频晶体两个端面镀有对1070nm波段光透过率不小于99%、对535nm波段光透过率不小于99%的介质膜。
2.如权利要求所述一种535nm全固态倍频激光器，其特征在于所述激光晶体钕离子的掺杂浓度在0.5%-3%之间，晶体切割方向为a切，长度在0.5mm到50mm之间。
3.如权利要求所述一种535nm全固态倍频激光器，其特征在于所述的调Q器件为主动声光调Q器件、主动电光调Q器件、被动Cr：YAG调Q器件和半导体调Q器件的一种，连续运转时不插入调Q器件。
4.如权利要求所述一种535nm全固态倍频激光器，其特征在于所述的倍频晶体为KTP、KTA、LBO和BBO晶体中的一种，其长度在1mm至20mm，切割方向为用于1070nm激光倍频的角度。
5.如权利要求所述一种535nm全固态倍频激光器，其特征在于所述的输出镜M1和输出镜M3为平镜、凹镜和凸镜中一种。
6.如权利要求所述一种535nm全固态倍频激光器，其特征在于所述泵浦源为半导体激光器、光纤耦合输出半导体激光器和氙灯中一种，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦，侧面泵浦方式不使用耦合透镜组。
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