CN104600553A - 一种全固态红绿蓝锁模脉冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光设备技术领域，涉及一种全固态红绿蓝锁模脉冲装置，实现红绿蓝锁模脉冲时，先用具有红光激光辐射的晶体和在红光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模红光，将获得的锁模红光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，再对信号光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模红光泵浦第二单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，再对信号光倍频获得锁模蓝光；第三部分锁模红光直接输出；其装置的整体结构简单，激光原理可靠，激光光源线正，激光环境友好，激光效率和稳定性更高。

Description

一种全固态红绿蓝锁模脉冲装置

技术领域：

本发明属于激光设备技术领域，涉及一种同时输出红、绿、蓝三种颜色锁模脉冲的激光器，特别是一种全固态红绿蓝锁模脉冲装置。

背景技术：

目前，红光、绿光和蓝光三个波段光色的锁模激光器已被广泛应用在医疗、科研和军事等领域，发挥着重要的科技作用。在现有技术中，美国的R.Wallenltein于2001年CLEO会议上提出了利用近红外锁模脉冲经过频率变换来获得可见光锁模脉冲的方法(Conference onLasers and Electron-Optics,Postconference Digest,Vol.56 of OSATrends in Optics and Photonics Series,paper CThC3)；瑞典的F.Brunner于2004年利用1030nm锁模脉冲为光源，经过1个倍频过程、2个合频过程、2个参量过程，获得了红(603nm)、绿(515nm)、蓝(450nm)三种颜色的锁模脉冲(Optics Letters,Vol.29,PP:1921-1923)；以近红外波段的锁模激光为光源，必须经过多个频率转换过程，才能够同时获得红、绿、蓝三种颜色的锁模脉冲；同时，为了使相互作用的两个脉冲同步，还需要在激光器系统中设置时间延迟装置，导致系统结构复杂，稳定性降低。中国专利201310118772.0一种全固态可见光被动锁模激光器，公开记载了一种能同时输出红绿蓝三色锁模脉冲的激光器能同时输出红绿蓝三色的，且其光路复杂，结构不优化，激光效果不理想；中国专利201510047601.2公开了一种红绿蓝锁模激光器，但该激光器只能产生一种颜色的锁模光，不能同时产生三种颜色。因此，研发一种能够同时获得红、绿、蓝三基色的锁模激光，并使其不存在锁模脉冲相互作用的过程，使频率变换过程更加简单的全固态红绿蓝锁模激光装置很有科学和应用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种能够同时获得红、绿、蓝三种颜色并不互相作用的锁模脉冲装置，其频率变换过程简单的脉冲装置，可用于医疗、科研和军事等领域。

为了实现上述目的，本发明装置的主体结构包括第一腔镜、可饱和吸收体、激光晶体、第二腔镜、第一分光片、第三腔镜、第一参量晶体、第四腔镜、第一聚焦透镜、第一倍频晶体、第二分光片、第三分光片、第五腔镜、第二参量晶体、第六腔镜、第二聚焦透镜、第二倍频晶体和第四分光片；各部件选择常规的光学结构和材料，并按照光学原理布局和组合构成同一轴线的脉冲装置，第一腔镜、可饱和吸收体、激光晶体和第二腔镜按光学原理组合构成红光或蓝光锁模谐振腔；第三腔镜、第一参量晶体、第四腔镜按光学原理组合构成第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器；第五腔镜、第二参量晶体和第六腔镜按光学原理组合构成第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器；输入光线先由第一腔镜进入装置，然后由可饱和吸收体进行吸收，再经过激光晶体辐射，由第二腔镜输出锁模红光或蓝光；第一分光片使一部分红光或蓝光透射后泵浦第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器，然后由第四腔镜输出信号(闲置)光，信号(闲置)光波长是绿光波段波长的两倍，部分信号(闲置)光经过第一聚焦透镜后泵浦第一倍频晶体生成绿光；第二分光片使剩余的信号(闲置)光透射，使绿光反射；第三分光片使一部分红光或蓝光反射后泵浦第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器，然后由第六腔镜输出信号(闲置)光，信号(闲置)光波长是蓝光或红光波段波长的两倍，部分信号(闲置)光经过第二聚焦透镜后泵浦第二倍频晶体生成蓝光或红光；第四分光片使剩余的信号(闲置)光透射，使蓝光或红光反射；实现由第二分光片获得绿色锁模脉冲，第三分光片获得红色或蓝色锁模脉冲，第四分光片获得蓝色或红色锁模脉冲的全固态红绿蓝锁模脉冲装置；其中所涉及的第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第五腔镜和第六腔镜均选择平面镜、凸面镜或凹面镜；第一腔镜与第二腔镜之间的距离，第二腔镜与第三腔镜之间的距离以及第五腔镜与第六腔镜之间的距离根据所选元件结构和布局确定，能够使第一腔镜和第二腔镜组成红光或蓝光锁模谐振腔，第三腔镜和第四腔镜组成的第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器为稳定腔，第五腔镜和第六腔镜组成的第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器为稳定腔；第一倍频晶体位于第一聚焦透镜的焦点处；第二倍频晶体位于第二聚焦透镜的焦点处，其他各器件之间的距离根据其所选器件的结构和布局确定，应符合光学原理；第一分光片、第二分光片、第三分光片和第四分光片的倾斜角度根据各分光片的镀膜参数和实际要求确定，其倾斜角度值为0—90度。

本实施例实现红绿蓝锁模脉冲时，首先用具有红光激光辐射的晶体和在红光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模红光，将获得的锁模红光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，信号光波长是绿光波段波长的两倍，再对信号光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模红光泵浦第二单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，信号光波长是蓝光波段波长的两倍，再对信号光倍频获得锁模蓝光；第三部分锁模红光直接输出。

本实施例实现红绿蓝锁模脉冲时，还可以用具有蓝光激光辐射的晶体和在蓝光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模蓝光，将获得的锁模蓝光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是绿光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模蓝光泵浦第二单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是红光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模红光；第三部分锁模蓝光直接输出。

本发明与现有技术相比，采用红光或绿光锁模激光为光源，频率变换包含2个单谐振光参量过程和2个倍频过程，能够同时获得红、绿、蓝三种颜色的锁模脉冲，不存在两个锁模脉冲相互作用的过程，不需要设置时间延迟装置；其整体结构简单，激光原理可靠，激光光源线正，激光环境友好，激光效率和稳定性更高。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明装置实施脉冲发射的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步描述。

实施例1：

本实施例的主体结构包括第一腔镜1、可饱和吸收体2、激光晶体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、第一参量晶体7、第四腔镜8、第一聚焦透镜9、第一倍频晶体10、第二分光片11、第三分光片12、第五腔镜13、第二参量晶体14、第六腔镜15、第二聚焦透镜16、第二倍频晶体17和第四分光片18；各部件选择常规的光学结构和材料，并按照光学原理布局和组合构成同一轴线的脉冲装置，第一腔镜1、可饱和吸收体2、激光晶体3和第二腔镜4按光学原理组合构成红光或蓝光锁模谐振腔；第三腔镜6、第一参量晶体7、第四腔镜8按光学原理组合构成第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器；第五腔镜13、第二参量晶体14和第六腔镜15按光学原理组合构成第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器；输入光线先由第一腔镜1进入装置，然后由可饱和吸收体2进行吸收，再经过激光晶体3辐射，由第二腔镜4输出锁模红光或蓝光；第一分光片5使一部分红光或蓝光透射后泵浦第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器，然后由第四腔镜8输出信号(闲置)光，信号(闲置)光波长是绿光波段波长的两倍，部分信号(闲置)光经过第一聚焦透镜9后泵浦第一倍频晶体10生成绿光；第二分光片11使剩余的信号(闲置)光透射，使绿光反射；第三分光片12使一部分红光或蓝光反射后泵浦第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器，然后由第六腔镜15输出信号(闲置)光，信号(闲置)光波长是蓝光或红光波段波长的两倍，部分信号(闲置)光经过第二聚焦透镜16后泵浦第二倍频晶体17生成蓝光或红光；第四分光片18使剩余的信号(闲置)光透射，使蓝光或红光反射；实现由第二分光片11获得绿色锁模脉冲，第三分光片12获得红色或蓝色锁模脉冲，第四分光片18获得蓝色或红色锁模脉冲的全固态红绿蓝锁模脉冲装置；其中所涉及的第一腔镜1、第二腔镜4、第三腔镜6、第四腔镜8、第五腔镜13和第六腔镜15均选择平面镜、凸面镜或凹面镜；第一腔镜1与第二腔镜4之间的距离，第二腔镜4与第三腔镜6之间的距离以及第五腔镜13与第六腔镜15之间的距离根据所选元件结构和布局确定，能够使第一腔镜1和第二腔镜4组成红光或蓝光锁模谐振腔，第三腔镜6和第四腔镜8组成的第一单谐振信号(闲置)光参量振荡器为稳定腔，第五腔镜13和第六腔镜15组成的第二单谐振信号(闲置)光参量振荡器为稳定腔；第一倍频晶体10位于第一聚焦透镜9的焦点处；第二倍频晶体17位于第二聚焦透镜16的焦点处，其他各器件之间的距离根据其所选器件的结构和布局确定，应符合光学原理；第一分光片5、第二分光片11、第三分光片12和第四分光片18的倾斜角度根据各分光片的镀膜参数和实际要求确定，其倾斜角度值为0—90度。

本实施例实现红绿蓝锁模脉冲时，首先用具有红光激光辐射的晶体和在红光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模红光，将获得的锁模红光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，信号光波长是绿光波段波长的两倍，再对信号光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模红光泵浦第二单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，信号光波长是蓝光波段波长的两倍，再对信号光倍频获得锁模蓝光；第三部分锁模红光直接输出。

本实施例实现红绿蓝锁模脉冲时，还可以用具有蓝光激光辐射的晶体和在蓝光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模蓝光，将获得的锁模蓝光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是绿光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模蓝光泵浦第二单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是红光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模红光；第三部分锁模蓝光直接输出。

实施例2：

本实施例涉及的侧面泵浦660nm/532nm/473nm锁模脉冲装置包括第一腔镜1、可饱和吸收体2、激光晶体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、第一参量晶体7、第四腔镜8、第一聚焦透镜9、第一倍频晶体10、第二分光片11、第三分光片12、第五腔镜13、第二参量晶体14、第六腔镜15、第二聚焦透镜16、第二倍频晶体17、第四分光片18；第一腔镜1镀模HR660nm，可饱和吸收体2为石墨烯，激光晶体3为Pr:YLF侧面泵浦模块，第二腔镜4镀膜T＝2％660nm，第一分光片5对660nm反射率60％透射率40％，第三腔镜6镀膜HT660nm&HR1064nm，第一参量晶体7为LBO且对应参量过程1/660＝1/1064+1/1738，第四腔镜8镀膜HR660nm&T＝20％1064nm，第一聚焦透镜9的焦距为30mm，第一倍频晶体10为KTP且对应1064nm/532nm倍频过程，第二分光片11对532nm反射对1064nm透射，第三分光片12对660nm反射80％透射20％，第五腔镜13镀膜HT660nm&HR946nm，第二参量晶体14为LBO且对应参量过程1/660＝1/946+1/2183，第六腔镜15镀膜HR660nm&T＝20％946nm，第二聚焦透镜16的焦距为30mm，第二倍频晶体17为BBO且对应946nm/473nm倍频过程，第四分光片18对473nm反射并对946nm透射；由第三分光片12获得660nm红色锁模脉冲，由第二分光片11获得532nm绿色锁模脉冲，由第四分光片18获得473nm蓝色锁模脉冲。

本实施例涉及的660nm/532nm/473nm红绿蓝锁模脉冲装置，可饱和吸收体2或选用二硫化物和碳纳米管；激光晶体3或具有660nm激光辐射的晶体；第一参量晶体7、第二参量晶体14、第一倍频晶体10和第二倍频晶体17或分别用其它双折射相位匹配晶体BIBO、KDP、KD^*P，或准相位匹配晶体PPLT、PPLN、PPKTP替代。

实施例3：

本实施例以附图2为结构组成端面泵浦的670nm/550nm/490nm锁模脉冲装置，其主体结构包括第一腔镜1、可饱和吸收体2、激光晶体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、第一参量晶体7、第四腔镜8、第一聚焦透镜9、第一倍频晶体10、第二分光片11、第三分光片12、第五腔镜13、第二参量晶体14、第六腔镜15、第二聚焦透镜16、第二倍频晶体17、第四分光片18、第七腔镜19和半导体激光二极管20；第一腔镜1镀模HR490nm，可饱和吸收体2为单壁碳纳米管，激光晶体3为Pr:YLF，第二腔镜4镀膜T＝2％490nm，第一分光片5对490nm反射60％透射40％，第三腔镜6镀膜HT490nm&HR1340nm，第一参量晶体7为PPLN且对应参量过程1/490＝1/772+1/1340，第四腔镜8镀膜HR490nm&T＝20％1340nm，第一聚焦透镜9的焦距为30mm，第一倍频晶体10为PPLN且对应1340nm/670nm倍频过程，第二分光片11对670nm反射对1340nm透射，第三分光片12对490nm反射80％透射20％，第五腔镜13镀膜HT490nm&HR1100nm，第二参量晶体14为PPLT且对应参量过程1/490＝1/883+1/1100，第六腔镜15镀膜HR883nm&T＝20％1100nm，第二聚焦透镜16焦距为30mm，第二倍频晶体17为PPLT且对应1100nm/550nm倍频过程，第四分光片18对550nm反射对1100nm透射，第七腔镜19镀膜HT440nm&HR490nm，半导体激光二极管20波长440nm；由第二分光片11获得670nm红色锁模脉冲，第三分光片12获得490nm蓝色锁模脉冲，由第四分光片18获得550nm绿色锁模脉冲；本实施例采用的可饱和吸收体2选择石墨烯和可饱和吸收镜等其它吸收体；激光晶体3或具有490nm激光辐射的其他常规晶体；第一参量晶体7、第二参量晶体14、第一倍频晶体10和第二倍频晶体17或分别用其它双折射相位匹配晶体BIBO、KDP、KD^*P、KTP、LBO、BBO，或准相位匹配晶体PPKTP、PPMgLN替代。

Claims (3)

1.一种全固态红绿蓝锁模脉冲装置，主体结构包括第一腔镜、可饱和吸收体、激光晶体、第二腔镜、第一分光片、第三腔镜、第一参量晶体、第四腔镜、第一聚焦透镜、第一倍频晶体、第二分光片、第三分光片、第五腔镜、第二参量晶体、第六腔镜、第二聚焦透镜、第二倍频晶体和第四分光片，其特征在于各部件选择常规的光学结构和材料，按照光学原理布局和组合构成脉冲装置，第一腔镜、可饱和吸收体、激光晶体和第二腔镜按光学原理组合构成红光或蓝光锁模谐振腔；第三腔镜、第一参量晶体、第四腔镜按光学原理组合构成第一单谐振信号光参量振荡器；第五腔镜、第二参量晶体和第六腔镜按光学原理组合构成第二单谐振信号光参量振荡器；输入光线由第一腔镜进入装置，然后由可饱和吸收体进行吸收，再经过激光晶体辐射，由第二腔镜输出锁模红光或蓝光；第一分光片使一部分红光或蓝光透射后泵浦第一单谐振信号光参量振荡器，然后由第四腔镜输出信号光，信号光波长是绿光波段波长的两倍，部分信号光经过第一聚焦透镜后泵浦第一倍频晶体生成绿光；第二分光片使剩余的信号光透射，使绿光反射；第三分光片使一部分红光或蓝光反射后泵浦第二单谐振信号光参量振荡器，然后由第六腔镜输出信号光，信号光波长是蓝光或红光波段波长的两倍，部分信号光经过第二聚焦透镜后泵浦第二倍频晶体生成蓝光或红光；第四分光片使剩余的信号光透射，使蓝光或红光反射；实现由第二分光片获得绿色锁模脉冲，第三分光片获得红色或蓝色锁模脉冲，第四分光片获得蓝色或红色锁模脉冲的全固态红绿蓝锁模脉冲装置；其中第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第五腔镜和第六腔镜均选择平面镜、凸面镜或凹面镜；第一腔镜与第二腔镜之间的距离，第二腔镜与第三腔镜之间的距离以及第五腔镜与第六腔镜之间的距离根据所选元件结构和布局确定，能够使第一腔镜和第二腔镜组成红光或蓝光锁模谐振腔，第三腔镜和第四腔镜组成的第一单谐振信号光参量振荡器为稳定腔，第五腔镜和第六腔镜组成的第二单谐振信号光参量振荡器为稳定腔；第一倍频晶体位于第一聚焦透镜的焦点处；第二倍频晶体位于第二聚焦透镜的焦点处，其他各器件之间的距离根据其所选器件的结构和布局确定，应符合光学原理；第一分光片、第二分光片、第三分光片和第四分光片的倾斜角度根据各分光片的镀膜参数和实际要求确定，其倾斜角度值为0—90度。

2.根据权利要求1所述的全固态红绿蓝锁模脉冲装置，其特征在于实现红绿蓝锁模脉冲时，先用具有红光激光辐射的晶体和在红光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模红光，将获得的锁模红光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，再对信号光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模红光泵浦第二单谐振信号光参量振荡器，获得信号光，再对信号光倍频获得锁模蓝光；第三部分锁模红光直接输出。

3.根据权利要求1所述的全固态红绿蓝锁模脉冲装置，其特征在于实现红绿蓝锁模脉冲时，或有蓝光激光辐射的晶体和在蓝光波段具有可饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模蓝光，将获得的锁模蓝光分为三部分，第一部分泵浦第一单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是绿光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模绿光；第二部分锁模蓝光泵浦第二单谐振闲置光参量振荡器，获得闲置光，闲置光波长是红光波段波长的两倍，再对闲置光倍频获得锁模红光；第三部分锁模蓝光直接输出。