CN103594914B - 一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器 - Google Patents

一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器 Download PDF

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本发明涉及一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器。该黄橙光激光器由泵浦源、聚焦透镜、自倍频激光晶体Nd:YCOB或Nd:GdCOB、激光晶体Nd:YVO4以及表面介质膜组成，可实现593nm、602nm的黄橙色激光输出。该黄橙光激光器具有结构紧凑、适用范围广、设计简单、成本低以及适合产业化生产的特点。

Description

一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及一种产生黄橙色激光的激光器。
背景技术
黄橙色激光在医学、科研以及军事等领域具有重要的应用前景，特别是其在皮肤手术等方面具有较其他波长激光明显的优势。目前，黄橙色激光器的实现方式主要有两种：第一，是通过钕离子掺杂晶体（或玻璃）的1.06微米和1.3微米波长近红外发射之后的和频实现；第二，通过激光的受激拉曼散射过程实现。对于和频黄橙光激光器，一般来说，当采用一块激光材料产生双波长近红外激光时，由于不同发射之间的竞争，输出的黄橙光功率不稳定、效率低；当采用两块不同激光材料产生双波长近红外激光时，无形之中必然增加了激光器的设计难度和尺寸，并降低了其稳定性。对于黄橙光受激拉曼散射激光器，无论是通过拉曼频移后的倍频还是高阶拉曼频移的直接产生，受激拉曼散射的高阈值特性，决定了激光器的镀膜要求非常苛刻，增加了激光器的设计难度、复杂程度和价格。CN101261419A通过了一种全固态连续波可调谐黄橙色相干光源，包括：利用LD半导体激光器端面连续泵浦产生连续激光的掺钕钒酸钇Nd:YVO4晶体，利用Nd:YVO4晶体产生的激光对其进行泵浦的参量振荡晶体周期极化铌酸锂PPLN和OPO全反分束镜BS，对泵浦光和信号光进行和频获得黄橙色相干光的偏硼酸钡BBO晶体，前述器件全部是全固态器件。该方法使用了三种晶体（Nd:YVO4、PPLN、BBO），结构复杂，且还使用了两个谐振腔，对应两个光路，夹角37度，体积较大。因此，不利于工业应用。
发明内容：
本发明针对目前黄橙色激光的不足和重要需求，提供一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器
术语说明：
1、LD，半导体激光器的简称；
2、Nd:YCOB，钕掺杂硼酸钙氧钇的通用简称；
3、Nd:GdCOB，钕掺杂硼酸钙氧钆的通用简称；
4、Nd:YVO4，钕掺杂钒酸钇的通用简称；
本发明的技术方案如下：
一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，包括泵浦源、聚焦透镜、自倍频激光晶体和激光晶体，沿光路依次排列；所述自倍频激光晶体和激光晶体的通光面镀有介质膜，且自倍频激光晶体和激光晶体的一个通光面结合在一起；其中，
所述激光晶体是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；
所述自倍频激光晶体为钕掺杂硼酸钙氧钇（Nd:YCOB）或钕掺杂硼酸钙氧钆（Nd:GdCOB），自倍频激光晶体通光方向是1061nm与1342nm和频产生黄光593nm的相位匹配方向，或者是1091与1342nm和频产生橙光602nm的相位匹配方向，通过自倍频激光晶体的激光和非线性频率转换，将激光晶体及自倍频激光晶体发射的激光进行和频，实现黄橙色激光输出。
根据本发明，所述泵浦源为产生808nm光的半导体激光器（LD）。
本发明中自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向即为通光方向。所述自倍频激光晶体为圆柱形或者长方体；通光方向长度为0.1-20mm；优选长度为1-10mm，进一步优选长度为4-8mm。
根据本发明，所述自倍频激光晶体Nd:YCOB或Nd:GdCOB的钕离子掺杂浓度为0.1-30at%；优选的钕离子掺杂浓度为8-15at%。
根据本发明，所述激光晶体Nd:YVO4晶体的切割方向为沿晶体结晶学主轴a方向，通光方向长度为0.1-10mm；优选长度为2-8mm，进一步优选长度为4-6mm。
所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为0.1-3at%；优选的钕离子掺杂浓度为0.2-2at%。
根据本发明，所述激光晶体胶合于自倍频激光晶体远离半导体激光器的表面上。所述的胶合方法采用现有技术即可；优选的，可将紫外光胶均匀覆盖在胶合面上，将激光晶体与自倍频激光晶体的胶合面贴合后，用紫外光照射固化。
根据本发明，所述聚焦透镜的焦距长为1mm～100mm，优选的焦距长为5～30mm。
根据本发明，所述自倍频激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060-1100nm、1342nm以及590-610nm光高反射的介质膜,远离半导体激光器的通光面镀以对1060-1100nm和590-610nm光高反射、对1342nm光高透过的介质膜，
根据本发明，所述激光晶体贴近自倍频晶体的通光面镀以对1342nm和590-610nm高透过的介质膜，另一通光面镀以对1340nm高反射且对1060-1100nmnm和590-610nm高透过的介质膜。
根据本发明，自倍频激光晶体两通光面形成对于1060-1100nmnm激光的振荡腔，而靠近LD的一面与Nd:YVO4的出射面形成1342nm激光的振荡腔。
本发明利用集激光与倍频于一身的自倍频晶体钕掺杂硼酸钙氧钇（Nd:YCOB）或钕掺杂硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)，通过与Nd:YVO4的胶合，实现半导体激光泵浦的黄橙色激光输出；特别是593nm黄色激光、602nm橙色激光。
本发明基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器在应用时，具有以下优势：
1.结构紧凑。本激光器的核心是自倍频激光晶体和激光晶体Nd:YVO4，其中，自倍频晶体为集激光与倍频为一身的晶体材料，晶体沿相位匹配方向切割，起到激光与和频非线性双重功能，Nd:YVO4晶体是激光晶体，总体设计为微片结构，并且只有两块晶体，较常用产生黄橙光的和频激光器减少非线性光学晶体，其结构更为紧凑。
2.适用范围宽。本发明的核心为自倍频激光晶体Nd:YCOB或者Nd:GdCOB，其具有温度系数适中，折射率对温度不敏感等优势，适合高低温环境或户外使用，适用范围宽。
3.成本低。本发明的核心为自倍频激光晶体和激光晶体Nd:YVO4两个组成部分，无需额外的非线性光学晶体，而Nd:YVO4为目前商业化成熟的激光晶体，采用成熟的胶合技术实现黄橙色激光的输出，具有成本低廉的优势。
附图说明
图1为本发明的黄橙光激光器示意图。其中，1.半导体激光器泵浦源（简称：LD），2.聚焦透镜，3.自倍频激光晶体前表面介质膜（靠近LD的通光面），4.自倍频激光晶体，5.自倍频激光晶体后表面介质膜（远离LD的通光面），6.Nd:YVO4激光晶体前表面介质膜（靠近自倍频激光晶体的通光面），7.Nd:YVO4激光晶体，8.Nd:YVO4激光晶体后表面介质膜（远离LD的通光面），9.黄橙色激光。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述，但不限于此。
为了说明更简洁实施例中采用以下方式对通光面进行说明：自倍频激光晶体靠近LD的通光面称为前表面，远离LD的通光面为后表面。激光晶体靠近自倍频激光晶体的通光面为前表面，远离LD的通光面为后表面。
实施例1：一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，包括泵浦源1、聚焦透镜2、自倍频激光晶体4和激光晶体7，沿光路依次排列。
结构如图1所示，泵浦源1为发射波长为808nm的半导体激光器放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为5mm，自倍频激光晶体4放置于聚焦透镜2的焦距上，自倍频激光晶体前表面介质膜3为对1060-1100nm、1342nm以及590-610高反射介质膜，自倍频激光晶体4为Nd:YCOB晶体，Nd掺杂浓度为8at%，通光方向长度为5mm，切割方向即通光方向为1061nm和1342nm和频产生593nm的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜5为对1060-1100nm和590-610nm高反射、对1342nm高透过的介质膜。
Nd:YVO4晶体7胶合于Nd:YCOB晶体后表面上，Nd:YVO4激光晶体前表面介质膜6镀以对1342nm和590-610nm高透过膜，Nd:YVO4激光晶体7的掺杂浓度为1at%、长度为2mm，切割方向为沿晶体a轴，Nd:YVO4激光晶体后表面介质膜8是对1340nm高反射且对1060-1100nm和590-610nm高透过膜。加大泵浦功率，可以实现593nm黄色激光9的输出。
实施例2：一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，其结构如图1所示，泵浦源1为发射波长为808nm的半导体激光器放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为8mm，自倍频晶体4放置于聚焦透镜2的焦距上，自倍频激光晶体前表面介质膜3是对1060-1100nm、1342nm以及590-610高反射膜，自倍频激光晶体4为Nd:YCOB晶体，其掺杂浓度为5at%、长度为8mm、切割方向即通光方向为1091nm和1342nm和频产生602nm的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜5为对1060-1100nm和590-610nm高反射、对1342nm高透过的介质膜，Nd:YVO4晶体7胶合于Nd:YCOB晶体后表面，Nd:YVO4激光晶体前表面介质膜6镀以对1342nm和590-610nm高透过膜，Nd:YVO4激光晶体7的掺杂浓度为1at%、长度为2mm，切割方向为沿晶体a轴，Nd:YVO4激光晶体后表面介质膜8是对1340nm高反射且对1060-1100nmnm和590-610nm高透过膜。加大泵浦功率，可以实现602nm橙色激光9的输出。
实施例3：一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，其结构如图1所示，泵浦源1为发射波长为808nm的半导体激光器放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为20mm，自倍频晶体4放置于聚焦透镜2的焦距上，自倍频激光晶体前表面介质膜3是对1060-1100nm、1342nm以及590-610高反射膜，自倍频激光晶体4为Nd:GdCOB晶体，其掺杂浓度为0.1at%、长度为20mm、切割方向即通光方向为1061nm和1342nm和频产生593nm的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜5对1060-1100nm和590-610nm高反射、对1342nm高透过的介质膜，Nd:YVO4晶体7胶合于Nd:GdCOB晶体后表面，Nd:YVO4激光晶体前表面介质膜6镀以对1342nm和590-610nm高透过膜，Nd:YVO4激光晶体7的掺杂浓度为1at%、长度为2mm，切割方向为沿晶体a轴，Nd:YVO4激光晶体后表面介质膜8为对1340nm高反射且对1060-1100nm和590-610nm高透过。加大泵浦功率，可以实现593nm黄色激光9的输出。
实施例4：一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，其结构如图1所示，泵浦源1为发射波长为808nm的半导体激光器放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为0.1mm，自倍频晶体4放置于聚焦透镜2的焦距上，自倍频激光晶体前表面介质膜3是对1060-1100nm、1342nm以及590-610高反射膜，自倍频激光晶体4为Nd:GdCOB晶体，其掺杂浓度为30at%、长度为0.1mm、切割方向即通光方向为1091nm和1342nm和频产生602nm的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜5为对1060-1100nm和590-610nm高反射、对1342nm高透过的介质膜，Nd:YVO4晶体7胶合于Nd:GdCOB晶体后表面，Nd:YVO4激光晶体前表面介质膜6镀以对1342nm和590-610nm高透过膜，Nd:YVO4激光晶体7的掺杂浓度为1at%、长度为2mm，切割方向为沿晶体a轴，Nd:YVO4激光晶体后表面介质膜8为对1340nm高反射且对1060-1100nmnm和590-610nm高透过。加大泵浦功率，可以实现602nm橙色激光9的输出。

Claims (12)

1.一种基于自倍频激光晶体的黄橙光激光器，包括泵浦源、聚焦透镜、自倍频激光晶体和激光晶体，沿光路依次排列；所述自倍频激光晶体和激光晶体的通光面镀有介质膜，且自倍频激光晶体和激光晶体的一个通光面结合在一起；其中，
所述激光晶体是钕掺杂钒酸钇晶体；
所述自倍频激光晶体为钕掺杂硼酸钙氧钇或钕掺杂硼酸钙氧钆，自倍频激光晶体通光方向是1061nm与1342nm和频产生黄光593nm的相位匹配方向，或者是1091与1342nm和频产生橙光602nm的相位匹配方向，通过自倍频激光晶体的非线性频率转换过程，将激光晶体及自倍频激光晶体发射的激光进行和频，实现黄橙色激光输出。
2.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述泵浦源为产生808nm光的半导体激光器。
3.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述自倍频激光晶体按通光方向切割，自倍频激光晶体为圆柱形或者长方体。
4.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述自倍频激光晶体通光方向长度为0.1-20mm。
5.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述自倍频激光晶体通光方向长度为4-8mm。
6.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述自倍频激光晶体Nd:YCOB或Nd:GdCOB的钕离子掺杂浓度为0.1-30at%。
7.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述激光晶体Nd:YVO4晶体的切割方向为沿晶体结晶学主轴a方向，通光方向长度为0.1-10mm；所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为0.1-3at%。
8.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述激光晶体胶合于自倍频激光晶体远离泵浦源的表面上。
9.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述聚焦透镜的焦距长为1mm~100mm。
10.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述聚焦透镜的焦距长为5~30mm。
11.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述自倍频激光晶体靠近泵浦源的通光面镀以对1060-1100nm、1342nm以及590-610nm光高反射的介质膜,远离泵浦源的通光面镀以对1060-1100nm和590-610nm光高反射、对1342nm光高透过的介质膜。
12.如权利要求1所述的黄橙光激光器，其特征在于所述激光晶体贴近自倍频晶体的通光面镀以对1342nm和590-610nm高透过的介质膜，另一通光面镀以对1342nm高反射且对1060-1100nm和590-610nm高透过的介质膜。
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