CN103762491B - 一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器 - Google Patents
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源、聚焦透镜、激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体，沿光路依次排列；在所述激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体的通光面镀有介质膜，所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次依通光面结合在一起；其中，所述激光晶体是钕掺杂钒酸钇晶体；所述倍频晶体是磷酸钛氧钾晶体；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，所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。本发明是双波长泵浦源、激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体，采用胶合技术，结构紧凑，稳定性好，在一套光路中，红色激光和绿色激光分别输出，互不干扰，切换方便。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器。
背景技术
近年来,干涉彩虹全息、精细激光光谱、差分吸收激光雷达(DIAL)、激光医学、激光显示等越来越多的领域都表现出了对双波长激光器的需求,全固态双波长激光器由于它具有结构紧凑、体积小、功率高、而且覆盖的波段也尤为重要等优点,使得全固态双波长激光器在某些应用领域中比传统的双波长激光器更有优势,因此,全固态双波长激光器近年来已经成为国际上一个热门的研究课题。671nm红光与532nm(或545nm)绿光激光是可见光激光中的两种重要波段,它们在医疗、显示以及科研领域中的应用有许多交叉的地方,因此开展全固态671nm红光与532nm(或545nm)绿光双波长输出激光器的研究具有非常重要的意义。目前常见的双波长激光器绝大多数为基频光和其倍频光同时输出,未能同时覆盖671nm红光与532nm(或545nm)绿光两个波段。或者是利用两套光路将671nm红光与532nm(或545nm)绿光激光分别倍频或和频输出，缺点是器件结构复杂，不紧凑。
本发明围绕671nm红光与532nm(或545nm)绿光双波长全固态激光器开展了理论分析和应用研究,设计了实现红绿双波长激光器的方案。本设计提出的红绿光双波长激光器系统，采用双激光二极管作为泵浦光源，两个波长的激光二极管分别控制，分别发出两种泵浦光，利用晶体器件的吸收谱的选择性，使得红绿两种激光可以使用一套光路切换输出，简化了结构，设计简捷可靠，在双色光激光指示方面具有良好的市场应用前景。
发明内容
本发明针对目前红绿色激光的不足和重要需求，提供一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器。
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；
5、KTP，磷酸钛氧钾的通用简称；
本发明的技术方案如下：
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源、聚焦透镜、激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体，沿光路依次排列；在所述激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体的通光面镀有介质膜，所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次依通光面结合在一起；其中，
所述激光晶体是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；
所述倍频晶体是磷酸钛氧钾晶体（KTP）；
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），所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。通过上述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体实现671nm和530nm(或545nm)的红绿激光切换输出。
根据本发明，所述双波长泵浦源为产生796nm和808nm激光的半导体激光器（LD）。
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。
根据本发明，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，所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，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。
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，所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次胶合。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，所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
根据本发明，所述自倍频激光晶体远离倍频晶体的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
本发明在应用时，具有以下优势：
本发明结构紧凑。核心是双波长泵浦源、激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体，采用胶合技术，结构紧凑，稳定性好，在一套光路中，红色激光和绿色激光分别输出，互不干扰，切换方便。
附图说明
图1为本发明所述红绿光激光器的示意图。
在图1中：1.双波长泵浦源，2.聚焦透镜，3.激光晶体，4.倍频晶体，5.自倍频激光晶体，6.671nm红色激光，7.530nm(或545nm)绿色激光。
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：
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源1、聚焦透镜2、激光晶体3、倍频晶体4和自倍频激光晶体5，沿光路依次排列。所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次胶合。所述的胶合方法采用现有技术即可；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。
如图1所示。
双波长泵浦源1为产生796nm和808nm激光的半导体激光器（LD）放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为5mm，激光晶体3放置于聚焦透镜2的焦距上。
所述激光晶体3是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；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2mm；所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为1at%；所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
所述倍频晶体是磷酸钛氧钾晶体（KTP）；所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，通光方向长度为5mm。
所述自倍频激光晶体为钕掺杂硼酸钙氧钇（Nd:YCOB），所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。所述钕离子掺杂浓度为8at%，所述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，通光方向长度为5mm，切割方向为自倍频产生530nm(或545nm)激光的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜为对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
当泵浦源发射808nm激光时，经激光晶体和倍频晶体作用产生671nm红光输出。
当泵浦源发射796nm激光时，经自倍频激光晶体作用产生530nm(或545nm)绿光输出。
实施例2：
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源1、聚焦透镜2、激光晶体3、倍频晶体4和自倍频激光晶体5，沿光路依次排列。
如图1所示。
双波长泵浦源1为产生796nm和808nm激光的半导体激光器（LD）放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为5mm，激光晶体3放置于聚焦透镜2的焦距上。
所述激光晶体3是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；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2mm；所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为1at%；所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
所述倍频晶体4是磷酸钛氧钾晶体（KTP）；所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，通光方向长度为5mm。
所述自倍频激光晶体为钕掺杂硼酸钙氧钆（Nd:GdCOB），所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。所述钕离子掺杂浓度为8at%，所述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长方体，通光方向长度为5mm，切割方向为自倍频产生530nm(或545nm)激光的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜为对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
当泵浦源发射808nm激光时，经激光晶体和倍频晶体作用产生671nm红光输出。
当泵浦源发射796nm激光时，经自倍频激光晶体作用产生530nm(或545nm)绿光输出。
实施例3：
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源1、聚焦透镜2、激光晶体3、倍频晶体4和自倍频激光晶体5，沿光路依次排列。
如图1所示。
双波长泵浦源1为产生796nm和808nm激光的半导体激光器（LD）放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为5mm，激光晶体3放置于聚焦透镜2的焦距上。
所述激光晶体3是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；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1mm；所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为2at%；所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
所述倍频晶体4是磷酸钛氧钾晶体（KTP）；所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，通光方向长度为5mm。
所述自倍频激光晶体5为为钕掺杂硼酸钙氧钇（Nd:YCOB），所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。所述钕离子掺杂浓度为20at%，所述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长方体，通光方向长度为2mm，切割方向为自倍频产生530nm(或545nm)激光的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜为对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
当泵浦源发射808nm激光时，经激光晶体和倍频晶体作用产生671nm红光输出。
当泵浦源发射796nm激光时，经自倍频激光晶体作用产生530nm(或545nm)绿光输出。
实施例4：
一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，包括双波长泵浦源1、聚焦透镜2、激光晶体3、倍频晶体4和自倍频激光晶体5，沿光路依次排列。
如图1所示。
双波长泵浦源1为产生796nm和808nm激光的半导体激光器（LD）放置于聚焦透镜2的焦距上，聚焦透镜2的聚焦长度为5mm，激光晶体3放置于聚焦透镜2的焦距上。
所述激光晶体3是钕掺杂钒酸钇晶体（Nd:YVO4）；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2mm；所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为1at%；所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
所述倍频晶体4是磷酸钛氧钾晶体（KTP）；所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，通光方向长度为5mm。
所述自倍频激光晶体为钕掺杂硼酸钙氧钆（Nd:GdCOB），所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生自530nm或545nm激光的自倍频方向。所述钕离子掺杂浓度为5at%，所述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长方体，通光方向长度为8mm，切割方向为自倍频产生530nm(或545nm)激光的相位匹配方向，自倍频激光晶体后表面介质膜为对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
当泵浦源发射808nm激光时，经激光晶体和倍频晶体作用产生671nm红光输出。
当泵浦源发射796nm激光时，经自倍频激光晶体作用产生530nm(或545nm)绿光输出。
Claims (19)
1.一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，该激光器包括双波长泵浦源、聚焦透镜、激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体，沿光路依次排列；在所述激光晶体、倍频晶体和自倍频激光晶体的通光面镀有介质膜，所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次依通光面结合在一起；其中，
所述激光晶体是钕掺杂钒酸钇晶体Nd:YVO4；
所述倍频晶体是磷酸钛氧钾晶体KTP；
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，所述自倍频激光晶体按通光方向切割，切割方向为产生530nm或545nm激光的自倍频方向。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述双波长泵浦源为产生796nm和808nm激光的半导体激光器LD；所述聚焦透镜的焦距长为1～100mm。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述焦距长为5～30mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，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。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为2-8mm。
6.根据权利要求5所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为4-6mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为0.1-3at％。
8.根据权利要求7所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述激光晶体Nd:YVO4的钕离子掺杂浓度为0.2-2at％。
9.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述倍频晶体KTP晶体的切割方向为1342nm倍频产生671nm激光的方向，通光方向长度为0.1-10mm。
10.根据权利要求9所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为2-8mm。
11.根据权利要求10所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为4-6mm。
12.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，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％。
13.根据权利要求12所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，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8-15at％。
14.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，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。
15.根据权利要求14所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为1-10mm。
16.根据权利要求15所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述通光方向长度为4-8mm。
17.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述激光晶体、倍频晶体、自倍频激光晶体依次胶合。
18.根据权利要求2所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述激光晶体靠近半导体激光器的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm、530～545nm以及671nm光高反射的介质膜和对790～815nm光高透射的介质膜。
19.根据权利要求1所述的一种基于激光晶体、倍频晶体和自倍频晶体的红绿光激光器，其特征在于，所述自倍频激光晶体远离倍频晶体的通光面镀以对1060～1100nm、1342nm高反射的介质膜和530～545nm、671nm的高透过的介质膜。
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