CN103427324A - 复合波片法和频激光器 - Google Patents

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孙冰
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一种复合波片法和频激光器，包括：半导体激光器、耦合透镜、激光增益介质和输出镜，半导体激光器发出泵浦光，经过耦合透镜进入到激光增益介质中，激光增益介质形成自发辐射，激光增益介质的左端面和输出镜上分别镀有双谱线全反射膜，在激光增益介质和输出镜之间构成激光器的谐振腔；在上述谐振腔中设置复合波片，复合波片为弱增益谱线的全波片和强增益谱线的四分之一波片，通过复合波片调整不同激光谱线的发射强度从而达到双波长同时起振，然后用非线性晶体进行腔内和频。本发明具有光-光转换效率高，结构紧凑，性能稳定，成本低等优点，具有广泛的实用性。

Description

复合波片法和频激光器
技术领域
本发明涉及固体激光器的技术领域，具体说是一种利用复合波片和频法，提高和频激光器的光-光转换效率，具有结构紧凑、性能稳定、成本低、应用广泛等优点的复合波片法和频激光器。
背景技术
目前固体和频激光器主要采用两种方式来实现：这种强谱线和弱谱线的和频方式获得黄光激光主要由两种方式，一种是利用单个增益介质同时双波长振荡，然后利用非线性晶体进行和频，如2006年发表在《Optics&Laser technology》上的“Diode-pumped 593.5nmcw yellowlaser by type-I CPM LBO intracavity sum-frequency-mixing”的文章就是采用此种技术，另一种是利用两个增益介质两个泵浦源构成两个具有交叠区的谐振装置，然后将非线性晶体放在交叠区内进行和频获得黄光激光输出，例如2006年发表在《物理学报》上的“V型腔腔内和频产生3W连续波589nm黄光激光器”就是采用这种方法，但以上两种方法都存在一定的弊端，第一种方法要实现双波长在同一个谐振腔同时振荡就要对增益较强的谱线进行适当的损耗，通常的做法是将输出镜镀对增益较强的谱线具有一定透射率的膜系，而对弱增益谱线镀有全反膜，这样通过对强增益谱线的损耗来使两谱线的腔内光子数之比达到1∶1，但这种方式的效率比较低，如利用25W的泵浦功率泵浦Nd:YVO4晶体可得到800mW左右的黄光，但1064nm激光的输出高达2.5W左右，这部分能量没有参与和频而白白浪费掉了，影响了和频效率，而第二种方法要求两套泵浦源，谐振腔的结构也相对复杂，光路难于调整，稳定性差，不利于产品化和实用化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用复合波片和频法，提高和频激光器的光-光转换效率，具有结构紧凑、性能稳定、成本低、应用广泛等优点的复合波片法和频激光器。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明的复合波片法和频激光器，包括：半导体激光器、耦合透镜、激光增益介质和输出镜，半导体激光器发出泵浦光，经过耦合透镜进入到激光增益介质中，并对激光增益介质进行泵浦；激光增益介质具有偏振发射性，形成自发辐射，激光增益介质的左端面和输出镜上分别镀有双谱线全反射膜，在激光增益介质和输出镜之间构成激光器的谐振腔；在上述谐振腔中设置复合波片，复合波片为弱增益谱线的全波片和强增益谱线的四分之一波片，强增益谱线经过复合波片后偏振方向改变，而弱增益谱线的偏振方向不变，由于激光增益介质具有偏振发射性，强增益谱线的偏振改变后增益变弱，而弱增益谱线经过复合波片后的偏振态和增益都不发生变化，使弱增益谱线的增益与强增益谱线的增益强度相当，实现双波长同时起振；强、弱两条增益谱线在非线性晶体中进行和频，产生和频光由输出镜输出。
本发明还可采用以下技术方案：
所述的半导体激光器的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm或912nm之中的任一种。
所述的激光增益介质为具有偏振发射性的激光晶体。
所述的激光增益介质为Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体或Nd:FLY晶体之中的任一种。
所述的非线性晶体是KTP晶体、LBO晶体、BBO晶体、BiBO晶体、KN晶体或PPLN晶体之中的任一种。
所述的输出镜镀有强增益谱线和弱增益谱线的高反膜以及和频光的增透膜。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的复合波片法和频激光器中设置复合波片，复合波片为弱增益谱线的全波片和强增益谱线的四分之一波片，强增益谱线经过复合波片后偏振方向改变，而弱增益谱线的偏振方向不变，强增益谱线的偏振改变后增益变弱，而弱增益谱线经过复合波片后的偏振态和增益都不发生变化，使弱增益谱线的增益与强增益谱线的增益强度相当，通过复合波片调整不同激光谱线的发射强度从而达到双波长同时起振，然后用非线性晶体进行腔内和频。本发明具有光-光转换效率高，结构紧凑，性能稳定，成本低等优点，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的复合波片法和频激光器的光路图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。
图1是本发明的复合波片法和频激光器的光路图。
如图1所示，本发明的复合波片法和频激光器，包括：半导体激光器、耦合透镜、激光增益介质和输出镜，在光路中，半导体激光器1发出泵浦光，经过耦合透镜2进入到激光增益介质3中，并对激光增益介质进行泵浦；激光增益介质具有偏振发射性，形成自发辐射，激光增益介质3的左端面和输出镜6上分别镀有双谱线全反射膜，在激光增益介质和输出镜之间构成激光器的谐振腔；在上述谐振腔中设置复合波片4，复合波片为弱增益谱线的全波片和强增益谱线的四分之一波片，强增益谱线经过复合波片后偏振方向改变，而弱增益谱线的偏振方向不变，由于激光增益介质具有偏振发射性，强增益谱线的偏振改变后增益变弱，而弱增益谱线经过复合波片后的偏振态和增益都不发生变化，使弱增益谱线的增益与强增益谱线的增益强度相当，实现双波长同时起振；强、弱两条增益谱线在非线性晶体5中进行和频，产生和频光由输出镜6输出。
半导体激光器的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm或912nm之中的任一种。
激光增益介质为具有偏振发射性的激光晶体，激光增益介质可以为Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体或Nd:FLY晶体之中的任一种。
激光增益介质也可以为腔内设置有起偏器件的非偏振发射晶体。
非线性晶体可以是KTP晶体、LBO晶体、BBO晶体、BiBO晶体、KN晶体或PPLN晶体之中的任一种。
输出镜镀有强增益谱线和弱增益谱线的高反膜以及和频光的增透膜。
在本发明的一个实施例中，半导体激光器1输出功率为2W，在25℃时输出中心波长为808.7nm，其封装形式为c-mount封装，经过光斑整形后其快轴发散角为8°，慢轴发散角也为8°，经过耦合透镜2后聚焦到激光增益介质3中，激光增益介质3为a-cut，Nd:YVO4晶体，规格为3x3x5mm3，掺杂浓度0.5％，左端镀808nm高透膜；1064nm高反射膜和1342nm高反射膜，右端镀1064nm高反射膜和1342nm增透膜，用铟箔包裹，放在紫铜热沉中，用TEC严格控温，温度控制在25℃，复合波片4为1064nm的四分之一波片和1342nm的全波片，复合波片4要严格控温，非线性晶体5为LBO晶体，采用I类非临界相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝2.6°，输出镜6的曲率半径为50mm，镀1064nm的全反射膜、1342nm的全反射膜和593.5nm的增透膜，半导体激光器1发出泵浦光，经过耦合透镜2，进入到激光增益介质Nd:YVO4晶体中，对激光增益介质3进行泵浦，激光增益介质开始自发辐射，激光增益介质3的左端面和输出镜6镀有双谱线全反射膜，构成了激光器的谐振腔，由于两条谱线的增益强度不同，不能同时起振，为此引入复合波片4，复合波片为弱增益谱线1342nm的全波片和强增益谱线1064nm的四分之一波片，此时1064nm谱线经过复合波片后偏振方向改变，而弱增益1342nm谱线的偏振方向不改变，并且激光增益介质3具有偏振发射特性，强增益1064nm谱线的偏振改变后增益也变弱，而弱增益1342nm谱线经过复合波片后的偏振态并没有改变，增益也没有改变，使弱增益1342nm谱线的增益与强增益1064nm谱线的增益强度相当，实现双波长同时起振，调整复合波片4的快轴与激光增益介质π偏振方向的角度，会出现红黄蓝激光的交替输出，当复合波片的快轴与激光增益介质π偏振方向的角度为15°时，黄光激光器的输出功率最高为105mW，由输出镜输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种复合波片法和频激光器，包括：半导体激光器、耦合透镜、激光增益介质和输出镜，其特征在于：半导体激光器(1)发出泵浦光，经过耦合透镜(2)进入到激光增益介质(3)中，并对激光增益介质进行泵浦；激光增益介质具有偏振发射性，形成自发辐射，激光增益介质(3)的左端面和输出镜(6)上分别镀有双谱线全反射膜，在激光增益介质和输出镜之间构成激光器的谐振腔；在上述谐振腔中设置复合波片(4)，复合波片为弱增益谱线的全波片和强增益谱线的四分之一波片，强增益谱线经过复合波片后偏振方向改变，而弱增益谱线的偏振方向不变，由于激光增益介质具有偏振发射性，强增益谱线的偏振改变后增益变弱，而弱增益谱线经过复合波片后的偏振态和增益都不发生变化，因此可以通过以光轴为轴旋转波片，改变强增益谱线的偏振态，使弱增益谱线的增益与强增益谱线的增益强度相当，实现双波长同时起振；强、弱两条增益谱线在非线性晶体(5)中进行和频，产生和频光由输出镜(6)输出。
2.根据权利要求1所述的复合波片法和频激光器，其特征在于：上述半导体激光器的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm或912nm之中的任一种。
3.根据权利要求1所述的复合波片法和频激光器，其特征在于：激光增益介质为具有偏振发射性的激光晶体。
4.根据权利要求3所述的复合波片法和频激光器，其特征在于：激光增益介质为Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体或Nd:FLY晶体之中的任一种。
5.根据权利要求1所述的复合波片法和频激光器，其特征在于：非线性晶体是KTP晶体、LBO晶体、BBO晶体、BiBO晶体、KN晶体或PPLN晶体之中的任一种。
6.根据权利要求1所述的复合波片法和频激光器，其特征在于：输出镜镀有强增益谱线和弱增益谱线的高反膜以及和频光的增透膜。
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