CN103959578A - 用于产生经频率转换的激光射束的激光谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一用于产生经频率转换的激光射束（9a）的激光谐振器（1），它包括：一激光活性的固体介质（3）以及一波长变换晶体（6）。在该激光谐振器中（1）设置一具有凹形弯曲的面（6a，10a）的、透射的光学元件（6，10），用于产生准直的激光射束（9a）。

Description

用于产生经频率转换的激光射束的激光谐振器
技术领域
本发明涉及一种用于产生经频率转换的激光射束的激光谐振器，它包括：一激光活性固体介质以及一波长变换晶体。
背景技术
用于在谐振器内部产生经频率转换的激光射束的激光谐振器在激光谐振器内部典型地具有波长变换晶体，在该晶体中，在激光活性介质中在基频或者基本波长下产生的激光射束被转变为具有典型地更高的频率的激光射束。非线性的晶体例如LBO晶体被用作波长变换晶体，所述晶体产生从基频到更高谐波、例如第二或者第三谐波的频率转换。在此，为了实现充分大的频率转换效率，在所述非线性的晶体中需要高的射束强度。
为在所述波长变换晶体中产生充分大的射束强度，已知，可这样设计激光谐振器的光路，使得波长变换晶体布置在一射束腰（Strahltaille）的区域内。为产生具有最小射束直径的射束腰，例如可将邻近所述波长变换晶体的终端镜构造成凹形的，如在DE10003244A1中所示。如同样该文献中所描述的，由于该凹形终端镜，激光谐振器的长度增加了，因此该激光谐振器不能以紧凑的结构形式实现。因此DE10003244A1提出，使用凸的终端镜来替代凹形的终端镜，以便由此缩短谐振器的长度并且附加地提高激光谐振器的稳定性。
发明内容
本发明的任务是，提供一种开头所提到类型的激光谐振器，所述激光谐振器在结构形式紧凑的情况下实现有效率的频率变换。
该任务通过一种如上所述的激光谐振器解决，在该激光谐振器中布置一带有凹形弯曲的面的透射光学元件，用于产生准直的激光射束。该透射光学元件使得能够在所述激光谐振器中产生具有最小射束直径的、准直的激光射束，该激光射束在所述激光谐振器的一平坦的边界面上被反射回到自身。以此方式可实现具有紧凑结构形式的激光谐振器，因为可以省去产生射束腰（中间焦点（Zwischenfokus））。在此，尤其可将所述波长变换晶体布置得靠近所述激光谐振器的平坦边界面，所述准直的射束照射在该边界面上，以提高所述非线性介质中的射束强度并且因此提高所述频率转换的效率。对于表述“靠近边界面”在此理解为，所述波长变换晶体布置得距离所述激光谐振器的被经透射光学元件准直的激光射束照射到的那个边界面比距离在相反端部限界所述激光谐振器的第二镜面更近。
在一实施方式中，所述透射的光学元件布置得与所述激光谐振器的平坦的终端镜相邻，也就是说，没有其它的射束成形元件处于该透射光学元件和所述平坦的终端镜之间。由此确保，所述准直的激光射束照射到所述平坦的终端镜上并且可在该终端镜上反射回到自身。
在一个替代的实施方式中，所述透射光学元件具有另一平坦的、具有高反射涂层的面，该面在端侧限界所述激光谐振器。该反射涂层替代所述平坦的终端镜并且因此实现所述激光谐振器的特别紧凑的结构方式。
在另一实施方式中，所述透射光学元件为一散射透镜。在此，背离所述平坦的终端镜或者所述高反射涂层的透镜面被构造成凹形的，以补偿由所述激光活性固体介质所产生的热透镜效应。在此，该散射透镜的焦距根据所述激光谐振器的尺寸这样确定，使得能够获得良好的射束质量。在此，所述散射透镜可以布置在所述波长变换晶体和所述终端镜或者一端侧反射涂层之间。
替代地，也可能将该散射透镜布置在所述激光活性固体介质和所述波长变换晶体之间。在此情况下，所述波长变换晶体布置在所述散射透镜和所述终端镜或者所述端侧反射涂层之间的准直的光路中，也就是说，在谐振器的具有最小射束直径的区域中。
在一替代的实施方式中，所述透射光学元件就是所述波长变换晶体，也就是说，所述波长变换晶体的一侧面具有一凹形的弯曲。例如在US2009/0219958中描述并在那里使用了具有（凹形）弯曲面的波长变换晶体，用于使具有基频的激光射束在非线性波长变换晶体中多次反射。相反，在本发明中使用所述凹形弯曲的面，以使所述激光射束在所述波长变换晶体中准直并以此方式获得最小的射束直径。
在一实施方式中，所述激光谐振器具有一（另外的）平坦的终端镜，也就是说所述激光谐振器通过两个平坦的终端镜来限界。在该平坦的终端镜上也使准直的激射束反射回到自身，该激射束比在激光谐振器的邻近所述波长变换晶体的另一端部区域中的准直的激射束具有更大的直径。在此，所述（另外的）平坦的终端镜典型地布置与激光活性固体介质相邻，也就是说，没有其它的射束成形元件处于所述平坦的终端镜和所述固体介质之间。
在一实施方式中，所述激光谐振器具有一Q调制元件，用于产生泵浦的激光射束。可将一声光调制器或者必要时将一电光调制器（例如一普克尔斯盒（Pockels-Zelle））作为Q调制元件来使用。当然，例如如果所述激光谐振器要在“连续波”方式中运行，则可省去Q调制元件。
在另一个实施方式中，所述激光谐振器包括一耦出镜，用于从所述激光谐振器耦出经频率转换的激光射束。该耦出镜典型地涉及分色镜，也就是说一种镜，该镜使处于第一波长、例如处于基频的射束透视而使处于第二波长、例如处于较高的谐波的射束反射（或者反之）。
附图说明
从说明书和附图中得知本发明的其它优点。前面所提及的和还会被进一步解释的特征也可以单独地或者多个任意组合地使用。所示出的和描述的实施方式不可理解为穷举，而是对于解释本发明来说具有示例性特点。
附图示出：
图1a，b根据本发明的具有用于准直激光射束的散射透镜的激光谐振器的两个实施方式的示意性图示，
图2a，b具有一散射透镜的激光谐振器的两个另外的实施方式的示意性图示，其中，一波长变换晶体布置在准直的光路中，和
图3a，b具有一用于准直激光射束的波长变换晶体的激光谐振器的两个另外的实施方式的示意性图示。
具体实施方式
图1a示出一激光谐振器1，该激光谐振器在两个平坦的终端镜7，8之间沿着一光轴2依次具有一条形的激光活性固体介质3、一Q调制元件4、一耦出镜5以及一波长变换晶体6。在激光介质3中通过一（未示出的）泵浦光源以基频所激发的激光射束在所述波长转换晶体6上频率转换并且通过分色的耦出镜5作为经频率转换的激光射束9a从所述激光谐振器1耦出，该耦出镜与所述激光谐振器1的光轴2成45°地定向。
激光介质3例如可以是一Nd:VYO4晶体或一Nd:YAG晶体。所述波长转换晶体6为非线性晶体，例如三硼酸锂（LiB3O5）晶体的形式，该晶体在所述基频的第二谐波处产生经频率转换的激光射束。可将一声光调制器或者必要时将一电光调制器（例如一普克尔斯盒）作为Q调制元件来使用。
为了在所述激光谐振器1中获得有效率的频率转换，有利的是，在非线性的波长变换晶体6中产生一尽可能高的射束强度。为此目的，应将所述波长变换晶体6布置在所述激光谐振器1的一区域中，在该区域中，所述激射束的直径尽可能小。
在图1a中所示出的激光谐振器1中，所述固体介质3布置在所述第一终端镜7的区域中或者与该区域相邻。在此，所述活性固体介质3产生一热透镜，使得在距离激光介质3较远的第二终端镜8的区域中射束直径减小。因此，所述波长变换晶体6应布置得尽可能靠近所述第二终端镜8，以便在非线性介质中获得尽可能高的激光强度。
然而需要补偿所述固体介质3的热透镜，这通过一散射透镜10来实现，该散射透镜布置在所述波长变换晶体6和平坦的第二终端镜8之间。所述散射透镜10具有一凹形弯曲的透镜面10a，用于产生具有最小射束直径的准直的激光射束9b。所述激光射束9b照射到该平坦的终端镜8上并且被该终端镜反射回到自身。
通过产生所述准直的激光射束9b，可在所述波长转换晶体6中产生高的射束强度，而不必为此增加所述激光谐振器1的长度。在此，通过适当选择所述散射透镜10的焦距，可同时在所述激光谐振器1中获得所述激光射束的高的射束强度。
在图1b中示出激光谐振器1的一特别紧凑的构型。在此，一高反射的涂层11施加在所述散射透镜10的一平坦的面10b上来替代所述平坦的第二终端镜8。因此，该进行反射的涂层11在端侧限界所述激光谐振器1。这还有以下优点：在该构造中包含更少的可能失调的部件并且所述激光谐振器因此变得更稳定。
为将所述波长变换晶体6布置在具有最小射束直径的区域中，替代地也，可以将所述散射透镜10布置在所述波长变换晶体6的背离所述终端镜8的一侧，如在图2a中所示。在此情况下，所述波长变换晶体6完全布置在具有最小射束横断面的准直光路中，从而可以特别有效地进行波长转换。为了在端侧限界所述激光谐振器1，可以类似于图1b地使波长变换晶体6的一平坦的面6b设置有进行反射的涂层11，从而可省去所述终端镜8（比较图2b）。
替代地，也可以使所述波长变换晶体6本身设置有一凹形弯曲的（透镜）面6a，以便产生经准直的激光射束9b，如在图3a中所示。以此方式可达到：所述激光射束在所述波长变换晶体6的整个长度上具有最小的射束横断面并且因此具有最大的射束强度，从而可以特别有效地执行所述波长转换。
在图3a中所示出的激光谐振器1的例子中，也可以通过所述波长变换晶体6的一平坦的端面6b上的高反射涂层11来替代所述第二终端镜8，如在图3中所示。如图1b，以此方式能够以特别紧凑的结构形式实现所述激光谐振器1。
当然，也可以在所述激光谐振器中设置两个或者更多的激光活性固体介质来替代一个唯一的激光活性固体介质3。在此情况下例如可在所述激光谐振器中附加地布置一相位匹配元件，该相位匹配元件使得偏振面例如旋转90°，用于补偿所述固体介质的双折射。也可以在激光谐振器1中布置附加的光学元件，例如折叠镜。

Claims (9)

1.用于产生经频率转换的激光射束（9a）的激光谐振器（1），包括：
一激光活性的固体介质（3）以及
一波长变换晶体（6），
其特征在于，
为产生准直的激光射束（9a），在该激光谐振器中（1）中设置有一具有一凹形弯曲的面（6a，10a）的、透射的光学元件（6，10）。
2.根据权利要求1所述的激光谐振器，其中，所述透射的光学元件（6，10）布置得与所述激光谐振器（1）的一平坦的终端镜（8）相邻。
3.根据权利要求1所述的激光谐振器，其中，所述透射的光学元件（6，10）的一另外的平坦的面（6b，10b）具有一进行反射的涂层（11），该涂层在端侧限界所述激光谐振器（1）。
4.根据前述权利要求之一所述的激光谐振器，其中，所述透射的光学元件为一散射透镜（10）。
5.根据权利要求4所述的激光谐振器，其中，将所述散射透镜（10）布置在所述激光活性的固体介质（3）和所述波长变换晶体（6）之间。
6.根据权利要求1至3之一所述的激光谐振器，其中，所述透射的光学元件为所述波长变换晶体（6）。
7.根据前述权利要求之一所述的激光谐振器，还包括：一平坦的终端镜（7），该终端镜布置得与所述激光活性的固体介质（3）相邻。
8.根据前述权利要求之一所述的激光谐振器，还包括一Q调制元件（4）。
9.根据前述权利要求之一所述的激光谐振器，还包括一用于使所述经频率转换的激光射束（9a）从所述激光谐振器（1）中耦出的耦出镜（5）。
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