CN104253375A - 一种高重频窄脉宽单模绿光激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高重频窄脉宽单模绿光激光器，包括激光二极管光纤耦合模块，其特征在于，所述激光二极管光纤耦合模块输出端的轴线上依次等轴设有第一平凸镜、第二平凸镜、平凸透镜、YVO4+Nd:YVO4键合晶体、偏振片、电光Q、1/4波片、输出镜、倍频晶体和平面分光镜。本发明使用了输出波长为878.6nm的激光二极管光纤耦合模块，可以降低斯托克斯位移，提高量子效率，使热透镜效应下降40％以上，从而使固体激光器获得更大功率、更好的高光束质量；本发明采用直线型谐振腔，结构简单、稳定、环境适应性强装配方便、更适合实现工业化的批量生产。

Description

一种高重频窄脉宽单模绿光激光器
技术领域
本发明涉及一种激光器，具体是一种高重频窄脉宽单模绿光激光器。 
背景技术
目前市场上的大部分端面泵浦的激光器，采用的是808nm输出的耦合光纤的激光二极管和声光调Q系统。808nm激光二极管泵浦Nd：YV04激光晶体只能获得中、小功率的激光输出。随着微精细加工等先进制造技术对激光功率及峰值功率、光束质量的要求越来越高，传统的808nm半导体激光泵浦固体激光器已由于激光晶体热透镜效应严重而表现出激光泵浦效率和光束质量已经很难满足微精细加工的要求。 
与808nm半导体激光泵浦Nd：YV04晶体相比，878.6nm激光二极管泵浦Nd：YV04激光晶体可以降低斯托克斯位移，提高量子效率，使热透镜效应下降40％以上，从而使固体激光器获得更大输出功率及更好的高光束质量。 
与Nd：YV04晶体相比，YV04+Nd：YV04键合晶体由于纯YV04几乎没有热透镜效应，所以采用YV04+Nd：YV04键合晶体可以得到更高的功率输出及更好的光束质量。 
目前市场上的大部分端面泵浦的激光器，采用的是声光Q系统，由于声光Q是通过将光束进行偏转的原理进行锁光，并且从锁光状态切换到放光状态通常需要30ns以上的时间，很难在高重频率条件下获得脉宽＜10ns的激光。而电光Q，由于普克尔斯效应，使往返通过晶体的线偏振光的振动方向改变π/2，使谐振腔不能产生震荡，锁光性能相对声光Q更好，而且电光Q从锁光状态切换到放光状态只需要数个ns的时间，因此更容易获得脉宽更窄、峰值功率更高的激光束。在一般采用声光调Q的激光谐振腔中往往采用折叠腔的方式，增加声光调Q的衍射能力，从而增加激光谐振腔的锁光能力。但采用折叠腔后，谐振腔的损耗增多，因此采用直线型谐振腔配合电光Q的锁光能力，可以得到更好的转换效率及峰值功率。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种高重复频率、脉宽窄、光束质量好、转换效率高且谐振腔为直线型平凸腔的高重频窄脉宽单模绿光激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。 
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 
一种高重频窄脉宽单模绿光激光器，包括激光二极管光纤耦合模块，所述激光二极管光纤耦合模块输出端的轴线上依次等轴设有第一平凸镜、第二平凸镜、平凸透镜、YV04+Nd：YV04键合晶体、偏振片、电光Q、1/4波片、输出镜、倍频晶体和平面分光镜，所述激光二极管光纤耦合模块输出的激光波长为878.6nm，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜组成光学准直和聚焦系统，所述平凸透镜、YV04+Nd：YV04键合晶体、偏振片、电光调Q、1/4波片和输出镜组成的直线型激光谐振腔； 
所述高重频窄脉宽单模绿光激光器的工作步骤如下： 
(1)所述激光二极管光纤耦合模块的输出端位于光学准直和聚焦系统的前焦点，激光二极管光纤耦合模块发出的发散泵浦光经过第一平凸透镜后被准直为平行光，平行光经过第二平凸镜进行聚焦； 
(2)所述第二平凸镜聚焦后的激光经过平凸透镜后被聚焦到YV04+Nd：YV04键合晶体的中心，使得YV04+Nd：YV04键合晶体输出波长为1064nm的红外基频光；所述红外基频光通过电光Q转变成高重频窄脉宽的1064nm红外基频光通过输出镜输出； 
(3)所述高重频窄脉宽的1064nm红外基频光经直线型激光谐振腔输出后直接进入倍频晶体进行倍频；通过倍频晶体后的混合激光包括未倍频的波长为1064nm红外基频光和波长为532nm绿激光，所述混合激光通过平面分光镜将波长为1064nm的基频光反射掉，实现波长为532nm纯绿激光的输出。 
作为本发明进一步的方案：所述倍频晶体采用临界相位匹配的LBO晶体或者KTP晶体。 
作为本发明再进一步的方案：所述YV04+Nd：YV04键合晶体中Nd：YV04的掺杂浓度小于0.5at％。 
作为本发明再进一步的方案：所述激光二极管光纤耦合模块、YV04+Nd：YV04键合晶体及倍频晶体均采用高精度热电致冷片进行温度控制，控温精度为+/-0.1℃。 
与现有技术相比，本发明的有益效果是： 
(1)本发明使用了输出波长为878.6nm的激光二极管光纤耦合模块，与通常使用的输出的808nm波长的激光二极管相比，878.6nm激光泵浦Nd：YV04激光晶体可以降低斯托克斯位移，提高量子效率，使热透镜效应下降40％以上，从而使固体激光器获得更大功率、更好的高光束质量。 
(2)本发明使用了YV04+Nd：YV04键合晶体，与Nd：YV04晶体相比，YV04+Nd：YV04键合晶体由于纯YV04几乎没有热透镜效应，所以采用YV04+Nd：YV04键合晶体可以得到更高的功率输出及更好的光束质量。 
(3)本发明使用了直线型谐振腔配合高重频的电光Q系统，泵浦光到基频光的转换效率可达到55％以上，最高可以输出15瓦以上的绿光，频率可达200KHz以上的单模绿激光，适用于先进工业加工中的精密加工领域。 
(4)本发明采用直线型谐振腔，结构简单、稳定、环境适应性强装配方便、更适合实现工业化的批量生产。 
附图说明
图1为本发明的结构示意图。 
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
请参阅图1，本发明实施例中，一种高重频窄脉宽单模绿光激光器，包括激光二极管光纤耦合模块1，所述激光二极管光纤耦合模块1输出端的轴线上依次等轴设有第一平凸镜2、第二平凸镜3、平凸透镜4、YV04+Nd：YV04键合晶体5、偏振片6、电光Q7、1/4波片8、输出镜9、倍频晶体10和平面分光镜11，所述激光二极管光纤耦合模块1输出的激光波长为878.6nm，所述倍频晶体10采用临界相位匹配的LBO晶体或者KTP晶体，所述 第一平凸透镜2和第二平凸透镜3组成光学准直和聚焦系统，所述平凸透镜4、YV04+Nd：YV04键合晶体5、偏振片6、电光调Q7、1/4波片8和输出镜9组成的直线型激光谐振腔； 
所述高重频窄脉宽单模绿光激光器的工作步骤如下： 
(1)所述激光二极管光纤耦合模块1的输出端位于光学准直和聚焦系统的前焦点，激光二极管光纤耦合模块1发出的发散泵浦光经过第一平凸透镜2后被准直为平行光，平行光经过第二平凸镜3进行聚焦，激光二极管光纤耦合模块采用高精度热电致冷片进行温度控制，控温精度为+/-0.1℃； 
(2)所述第二平凸镜3聚焦后的激光经过平凸透镜4后被聚焦到YV04+Nd：YV04键合晶体5的中心，所述YV04+Nd：YV04键合晶体5中Nd：YV04的掺杂浓度小于0.5at％，使得YV04+Nd：YV04键合晶体5输出波长为1064nm的红外基频光；所述红外基频光通过电光Q7转变成高重频窄脉宽的1064nm红外基频光通过输出镜9，所述YV04+Nd：YV04键合晶体采用高精度热电致冷片进行温度控制，控温精度为+/-0.1℃； 
(3)激光经直线型激光谐振腔输出后直接进入倍频晶体10进行倍频；通过倍频晶体10后的混合激光包括未倍频的红外波长为1064nm基频光和波长为532nm绿激光，所述混合激光通过平面分光镜11将波长为1064nm的基频光反射掉，实现波长为532nm纯绿激光的输出，所述倍频晶体10采用高精度热电致冷片进行温度控制，控温精度为+/-0.1℃。 
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

Claims (2)

1.一种高重频窄脉宽单模绿光激光器，包括激光二极管光纤耦合模块，其特征在于，所述激光二极管光纤耦合模块输出端的轴线上依次等轴设有第一平凸镜、第二平凸镜、平凸透镜、YVO4+Nd：YVO4键合晶体、偏振片、电光Q、1/4波片、输出镜、倍频晶体和平面分光镜，所述激光二极管光纤耦合模块输出的激光波长为878.6nm，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜组成光学准直和聚焦系统，所述平凸透镜、YVO4+Nd：YVO4键合晶体、偏振片、电光调Q、1/4波片和输出镜组成的直线型激光谐振腔； 
所述高重频窄脉宽单模绿光激光器的工作步骤如下： 
(1)所述激光二极管光纤耦合模块的输出端位于光学准直和聚焦系统的前焦点，激光二极管光纤耦合模块发出的发散泵浦光经过第一平凸透镜后被准直为平行光，平行光经过第二平凸镜进行聚焦； 
(2)所述第二平凸镜聚焦后的激光经过平凸透镜后被聚焦到YVO4+Nd：YVO4键合晶体的中心，使得YVO4+Nd：YVO4键合晶体输出波长为1064nm的红外基频光；所述红外基频光通过电光Q转变成高重频窄脉宽的1064nm红外基频光通过输出镜输出； 
(3)所述高重频窄脉宽的1064nm红外基频光经直线型激光谐振腔输出后直接进入倍频晶体进行倍频；通过倍频晶体后的混合激光包括未倍频的波长为1064nm红外基频光和波长为532nm绿激光，所述混合激光通过平面分光镜将波长为1064nm的基频光反射掉，实现波长为532nm纯绿激光的输出。 
2.根据权利要求1所述的一种高重频窄脉宽单模绿光激光器，其特征在于，所述激光二极管光纤耦合模块、YVO4+Nd：YVO4键合晶体及倍频晶体均采用高精度热电致冷片进行温度控制，控温精度为+/-0.1℃。 
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