CN103346468A - 全固态调q倍频无衍射激光器 - Google Patents

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本发明公开一种全固态调Q倍频无衍射激光器，包括光学平台、连续式输出808nm波长光束的半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、能够吸收808nm波长泵浦光并输出1064nm波长光束的工作物质、适用于1064nm波段的调Q晶体、适用于1064nm波长倍频的倍频晶体、平面镜二和轴棱锥，上述半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、工作物质、调Q晶体、倍频晶体、平面镜二和轴棱锥依次支撑定位于光学平台上。采用上述方案后，本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器，可以在获得达到较高的输出功率、拥有良好的无衍射光束质量的脉冲式Bessel光束的同时简化实验仪器、降低实验成本。

Description

全固态调Q倍频无衍射激光器
技术领域
本发明涉及光学领域，具体是一种产生Bessel光束的全固态调Q倍频无衍射激光器。
背景技术
无衍射光束是由J.Durnin在1987年首次提出的，由于其光场分布具有第一类零阶Bessel函数J0的形式，它又称Bessel光束。在传播过程中无衍射光束的横截面光强分布随着距离的增加不发生变化，并且中心光强极高、遇到障碍物能够重建，通过光束变换可获得局域空心光束(Bottlebeams)。无衍射光束可以广泛应用在精确测量与准直、原子和纳米量级粒子的操作、生物细胞的成像和信息提取、非线性光学等领域。
LD泵浦的固体激光器综合了LD重量轻、体积小和固体激光器高储能，可定标到高功率等优点，使得在一个结构紧凑、全固体化的激光器件上实现高功率、高光束质量和高稳定工作成为可能。
目前，已有学者利用氙灯泵浦的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器调Q倍频产生无衍射绿光。但是氙灯泵浦的Nd:YAG激光器需要循环水冷却系统，体积庞大价格昂贵；氙灯和工作物质封闭在聚光腔内，清洁或更换工作物质较为繁琐。本人设计的全固态调Q倍频无衍射激光器在不降低无衍射光束的光束质量的同时较好地解决了上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全固态调Q倍频无衍射激光器，其在获得达到较高的输出功率、拥有良好的无衍射光束质量的脉冲式Bessel光束的同时简化实验仪器、降低实验成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
全固态调Q倍频无衍射激光器，包括光学平台、连续式输出808nm波长光束的半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、能够吸收808nm波长泵浦光并输出1064nm波长光束的工作物质、适用于1064nm波段的调Q晶体、适用于1064nm波长倍频的倍频晶体、平面镜二和轴棱锥，上述半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、工作物质、调Q晶体、倍频晶体、平面镜二和轴棱锥依次支撑定位于光学平台上；
其中，半导体激光器与工作物质之间相距9cm，平面镜一与平面镜二之间相距12.5cm；
平面镜一镀有三层膜，分别为808nm波长光束的高透膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束的全反膜；
平面镜二镀有三层膜，分别为808nm波长光束的全反膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束40％透过率的部分反射膜。
上述工作物质采用掺钕钒酸钇晶体或掺钕钇铝石榴石晶体。
上述调Q晶体采用Cr4+:YAG晶体或BND染料片。
上述倍频晶体采用磷酸氧钛钾晶体或偏硼酸钡晶体。
上述轴棱锥的底角为0.5°-2°。
采用上述方案后，本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器，半导体激光器输出的808nm波长光束经过聚焦透镜聚焦到工作物质的前表面，平面镜一、二构成激光谐振腔，调Q晶体和倍频晶体均在此激光谐振腔内。倍频晶体于此激光谐振腔内形成腔内倍频，可以提高倍频转化效率，通过调Q晶体将连续式输出的光束转化为峰值功率更高的脉冲式输出的光束，从而进一步提高倍频转化效率。此激光谐振腔输出的调Q倍频光束通过平面镜二被动式经过轴棱锥形成无衍射光束。
本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器是一个开放式结构，可以根据需要更换调Q晶体、倍频晶体以及不同底角的轴棱锥。由此我们可以得到不同脉冲宽度，不同脉冲重复率，不同倍频转化效率，不同最大无衍射距离的脉冲式无衍射光束。用此激光器产生Bessel光束可以在获得达到较高的输出功率、拥有良好的无衍射光束质量的脉冲式Bessel光束的同时简化实验仪器、降低实验成本。
附图说明
图1为本发明全固态调Q倍频无衍射激光器的组成原理图；
图2为本发明全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光的单个脉冲图和多个脉冲图；
图3为本发明全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光的频谱图；
图4为本发明全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光的理论模拟和实验得到的截面光强图。
具体实施方式
为了进一步解释全固态调Q倍频无衍射激光器的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明激光器进行详细阐述。
本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器，如图1所示，包括光学平台1、半导体激光器2、聚焦透镜3、平面镜4、工作物质5、调Q晶体6、倍频晶体7、平面镜8和轴棱锥9。
半导体激光器2通过固定支架10支撑定位于光学平台1上，沿半导体激光器2的激光光路，聚焦透镜3、平面镜4、工作物质5、调Q晶体6、倍频晶体7、平面镜8和轴棱锥9分别通过固定支架10依次支撑定位于光学平台1上。半导体激光器2与工作物质5之间相距9cm，平面镜4与平面镜8之间相距12.5cm。
其中：
半导体激光器2采用连续式输出808nm波长光束的半导体激光器。
平面镜4镀有三层膜，分别为808nm波长光束的高透膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束的全反膜；此三层膜以层叠的方式镀在平面镜4的镜面上，且层叠的顺序不影响其使用效果；
工作物质5为能够吸收808nm波长泵浦光并输出1064nm波长光束的工作物质，具体可采用掺钕钒酸钇晶体或掺钕钇铝石榴石晶体；
调Q晶体6采用所有适用于1064nm波段的饱和吸收材料均可，具体可采用Cr4+:YAG晶体或BND染料片；
倍频晶体7采用所有适用于1064nm波长倍频的晶体均可，具体可采用磷酸氧钛钾晶体或偏硼酸钡晶体；
平面镜8镀有三层膜，分别为808nm波长光束的全反膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束40％透过率的部分反射膜；此三层膜以层叠的方式镀在平面镜8的镜面上，且层叠的顺序不影响其使用效果；
轴棱锥9的底角为0.5°-2°，具体可选用0.5°、1°或2°。
平面镜4和平面镜8组成激光谐振腔，工作物质5、调Q晶体6和倍频晶体7依次设置于此激光谐振腔内，平面镜4为此激光谐振腔的输入端，平面镜8为此激光谐振腔的输出端。
工作时，聚焦透镜3将半导体激光器2发出的808nm的泵浦光进行聚焦并透过平面镜4投到工作物质5的前表面，工作物质5吸收808nm波长的泵浦光并输出1064nm波长光束，倍频晶体7于此激光谐振腔内形成腔内倍频，可以提高倍频转化效率，通过调Q晶体6将连续式输出的光束转化为峰值功率更高的脉冲式输出的光束，从而进一步提高倍频转化效率。此激光谐振腔输出的调Q倍频光束通过平面镜8被动式经过轴棱锥9形成无衍射光束。
如图2所示，本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光单脉冲的半高宽度约为40ns，脉冲间隔约为20μs。
如图3所示，本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光的中心波长约为533nm，线宽约为1.2nm。
如图4所示，通过实验得到本发明的全固态调Q倍频无衍射激光器输出无衍射绿光的截面光强分布图与理论模拟结果吻合。通过实验得到的中心光斑直径约为52.8μm，与经过理论计算得到的中心光斑半径50.95μm基本吻合。

Claims (5)

1.全固态调Q倍频无衍射激光器，其特征在于：包括光学平台、连续式输出808nm波长光束的半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、能够吸收808nm波长泵浦光并输出1064nm波长光束的工作物质、适用于1064nm波段的调Q晶体、适用于1064nm波长倍频的倍频晶体、平面镜二和轴棱锥，上述半导体激光器、聚焦透镜、平面镜一、工作物质、调Q晶体、倍频晶体、平面镜二和轴棱锥依次支撑定位于光学平台上；
其中，半导体激光器与工作物质之间相距9cm，平面镜一与平面镜二之间相距12.5cm；
平面镜一镀有三层膜，分别为808nm波长光束的高透膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束的全反膜；
平面镜二镀有三层膜，分别为808nm波长光束的全反膜、1064nm波长光束的全反膜和532nm波长光束40％透过率的部分反射膜。
2.根据权利要求1所述的全固态调Q倍频无衍射激光器，其特征在于：上述工作物质采用掺钕钒酸钇晶体或掺钕钇铝石榴石晶体。
3.根据权利要求1所述的全固态调Q倍频无衍射激光器，其特征在于：上述调Q晶体采用Cr4+:YAG晶体或BND染料片。
4.根据权利要求1所述的全固态调Q倍频无衍射激光器，其特征在于：上述倍频晶体采用磷酸氧钛钾晶体或偏硼酸钡晶体。
5.根据权利要求1所述的全固态调Q倍频无衍射激光器，其特征在于：上述轴棱锥的底角为0.5°-2°。
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