CN104600556A

CN104600556A - 一种全固态三基色锁模激光装置

Info

Publication number: CN104600556A
Application number: CN201510047601.2A
Authority: CN
Inventors: 潘淑娣; 刘建华; 葛晓辉; 孔伟金
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-05-06

Abstract

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，特别是一种全固态三基色锁模激光装置。本发明实现全固态三基色锁模激光时首先用具有绿光激光辐射的晶体和在绿光波段具有饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模绿光，然后将获得的锁模绿光泵浦双谐振光参量振荡器，获得信号光和闲置光，信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍，最后对信号光倍频获得锁模蓝光，对闲置光倍频获得锁模红光；该激光装置整体结构简单，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

一种全固态三基色锁模激光装置

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，特别是一种全固态三基色锁模激光装置。

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(Conference on Lasers and Electron-Optics,Postconference Digest,Vol.56of OSA Trends in Optics and PhotonicsSeries,paper CThC3)和瑞典的F.Brunner(Optics Letters,Vol.29,PP:1921-1923,2004)均提出了利用近红外波段锁模激光为基频光波，再经过多次频率变换过程获得三基色锁模激光，在多次频率转换中包含参量过程、倍频过程、合频过程等多个过程；瑞典的F.Brunner用锁模的1030nm脉冲为基频光波，频率变换包含了2个参量过程、1个倍频过程、2个合频过程；同时，为了使两个相互作用的锁模脉冲同步，还需要在光路中设置时间延迟装置。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三基色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，寻求设计制造一种能够同时获得红、绿、蓝三基色的锁模激光，不存在锁模脉冲相互作用的过程，频率变换过程简单的激光装置，用于医疗、科研和军事等领域。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括第一腔镜、激光晶体、可饱和吸收体、第二腔镜、第一分光片、第三腔镜、参量晶体、第四腔镜、第二分光片、第一聚焦透镜、第一倍频晶体、第三分光片、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，按照光学原理布局构成同一轴线的激光装置，其中经过第二分光片反射信号光轴线上由第一聚焦透镜、第一倍频晶体和第三分光片依次排列组成蓝光输出单元；第一腔镜、激光晶体、可饱和吸收体和第二腔镜按光学原理组合构成绿光锁模谐振腔；第三腔镜、参量晶体和第四腔镜按光学原理组合构成双谐振光参量振荡器；转入光线先由第一腔镜进入装置，再经过激光晶体辐射，然后由可饱和吸收体进行吸收；最后经由第二腔镜输出绿光锁模脉冲；第一分光片使一部分绿光反射，另一部分绿光透射，透射的一部分绿光经第一分光片透射后泵浦双谐振光参量振荡器，然后由第四腔镜输出信号光和闲置光，其中信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍；第二分光片使信号光反射后经第一聚焦透镜泵浦第一倍频晶体生成蓝光；第二分光片使闲置光透射后经第二聚焦透镜泵浦第二倍频晶体生成红光；第三分光片使蓝光透射；第四分光片使红光反射；实现由第一分光片获得锁模绿光，由第三分光片获得锁模蓝光，由第四分光片获得锁模红光的全固态三基色锁模激光。

本发明涉及的第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜均选择平面镜、凸面镜或凹面镜；第一腔镜与第二腔镜之间的距离，以及第二腔镜与第三腔镜之间的距离根据具体情况确定，应符合光学原理，能够使第一腔镜和第二腔镜组成绿光锁模谐振腔，第三腔镜和第四腔镜组成的双谐振锁模谐振腔为稳定腔；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具体情况确定，应符合光学原理；第一分光片、第二分光片、第三分光片、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。

本发明与现有技术相比，采用锁模可见光为基频光波，频率变换包含1个参量过程和2个倍频过程，能够同时获得红、绿、蓝三基色的锁模激光；并且因为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；该激光装置整体结构简单，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为本发明装置实施激光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：

本发明的主体结构包括第一腔镜1、激光晶体2、可饱和吸收体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、参量晶体7、第四腔镜8、第二分光片9、第一聚焦透镜10、第一倍频晶体11、第三分光片12、第二聚焦透镜13、第二倍频晶体14和第四分光片15；各部件选择常规的光学结构，按照光学原理布局构成同一轴线的激光装置，其中经过第二分光片9反射信号光轴线上由第一聚焦透镜10、第一倍频晶体11和第三分光片12依次排列组成蓝光输出单元；第一腔镜1、激光晶体2、可饱和吸收体3和第二腔镜4按光学原理组合构成绿光锁模谐振腔；第三腔镜6、参量晶体7和第四腔镜8按光学原理组合构成双谐振光参量振荡器；转入光线先由第一腔镜1进入装置，再经过激光晶体2辐射，然后由可饱和吸收体3进行吸收；最后经由第二腔镜4输出绿光锁模脉冲；第一分光片5使一部分绿光反射，另一部分绿光透射，透射的一部分绿光经第一分光片5透射后泵浦双谐振光参量振荡器，然后由第四腔镜8输出信号光和闲置光，其中信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍；第二分光片9使信号光反射后经第一聚焦透镜10泵浦第一倍频晶体11生成蓝光；第二分光片9使闲置光透射后经第二聚焦透镜13泵浦第二倍频晶体14生成红光；第三分光片12使蓝光透射(OK)；第四分光片15使红光反射(OK)；实现由第一分光片5获得锁模绿光，由第三分光片12获得锁模蓝光，由第四分光片15获得锁模红光的全固态三基色锁模激光；涉及的第一腔镜1、第二腔镜4、第三腔镜6和第四腔镜8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，以及第二腔镜4与第三腔镜6之间的距离根据具体情况确定，能够使第一腔镜1和第二腔镜4组成绿光锁模谐振腔，第三腔镜6和第四腔镜8组成的双谐振锁模谐振腔为稳定腔；第一倍频晶体11位于第一聚焦透镜10的焦点处；第二倍频晶体14位于第二聚焦透镜13的焦点处，其他各器件之间的距离根据具体情况确定，应符合光学原理；第一分光片5、第二分光片9、第三分光片12、第四分光片15的倾斜角度根据各分光片的镀膜参数和实际要求确定。

本实施例实现三基色激光时，首先用具有绿光激光辐射的晶体和在绿光波段具有饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模绿光，然后将获得的锁模绿光泵浦双谐振光参量振荡器，获得信号光和闲置光，信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍，最后对信号光倍频获得锁模蓝光，对闲置光倍频获得锁模红光。

实施例2：

本实施例涉及的侧面泵浦523nm/442nm/640nm锁模激光装置包括第一腔镜1、激光晶体2、可饱和吸收体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、参量晶体7、第四腔镜8、第二分光片9、第一聚焦透镜10、第一倍频晶体11、第三分光片12、第二聚焦透镜13、第二倍频晶体14、第四分光片15，第一腔镜1镀模HR523nm，激光晶体2为Pr:YLF侧面泵浦模块，可饱和吸收体3为石墨烯，第二腔镜4镀膜T＝5％523nm，第一分光片5对523nm反射10％透射90％，第三腔镜6镀膜HT523nm&HR884nm/1280nm，参量晶体7为LBO且对应参量过程1/523＝1/884+1/1280，第四腔镜8镀膜HR523nm&T＝5％884nm&T＝3％1280nm，第二分光片9对884nm反射并对1280nm透射，第一倍频晶体11为BBO且对应884nm/442nm倍频过程，第二倍频晶体14为KTP且对应1280/640nm倍频过程，第三分光片12对442nm透射并对884nm反射，第四分光片15对1280nm透射并对640nm反射；由第一分光片5获得523nm锁模绿光，由第三分光片12获得442nm锁模蓝光，由第四分光片15获得640nm锁模红光。

本实施例涉及的523nm/442nm/640nm三基色锁模激光装置，激光晶体2或具有523nm激光辐射的晶体；参量晶体7、第一倍频晶体11和第二倍频晶体14(这两块都是倍频晶体，只是第一倍频晶体11用来倍频出蓝光，第二倍频晶体14倍频出红光)或分别用其它双折射相位匹配晶体BIBO、KDP、KD^*P，或准位相匹配晶体PPLT、PPLN、PPKTP替代；可饱和吸收体3或选用碳纳米管、氧化石墨烯和二硫化物类可饱和吸收体。

实施例3：

本实施例以附图2为结构组成端面泵浦的555nm/473nm/670nm锁模激光装置，其主体结构包括第一腔镜1、激光晶体2、可饱和吸收体3、第二腔镜4、第一分光片5、第三腔镜6、参量晶体7、第四腔镜8、第二分光片9、第一聚焦透镜10、第一倍频晶体11、第三分光片12、第二聚焦透镜13、第二倍频晶体14、第四分光片15、输入镜16和二极管激光器17；第一腔镜1镀模HR555nm，激光晶体2为Pr:BaYF侧面泵浦模块，可饱和吸收体3为碳纳米管，第二腔镜4镀膜T＝5％555nm，输入镜16,镀膜HT450nm&HR555，二极管激光器17波长为450nm，第一分光片5对555nm反射10％透射90％，第三腔镜6镀膜HT555nm&HR947nm/1340nm，参量晶体7为LBO且对应参量过程1/555＝1/947+1/1340，第四腔镜8镀膜HR555nm&T＝5％947nm&T＝3％1340nm，第二分光片9对947nm反射并对1340nm透射，第一倍频晶体11为BIBO且对应947nm/473nm倍频过程，第二倍频晶体14为KTP且对应1340/670nm倍频过程，第三分光片12对473nm透射并对947nm反射，第四分光片15对1340nm透射并对670nm反射；由第一分光片5获得555nm锁模绿光，由第三分光片12获得473nm锁模蓝光，由第四分光片15获得670nm锁模红光；本实施例采用的激光晶体2或选择具有555nm激光辐射的其他常规晶体；参量晶体7、第一倍频晶体11和第二倍频晶体14(同上)还或分别选择双折射相位匹配晶体BBO、KDP、KD*P，或准位相匹配晶体PPLT、PPLN、PPKTP；可饱和吸收体3选择石墨烯、氧化石墨烯和二硫化物类可饱和吸收体。

Claims

1.一种全固态三基色锁模激光装置，主体结构包括第一腔镜、激光晶体、可饱和吸收体、第二腔镜、第一分光片、第三腔镜、参量晶体、第四腔镜、第二分光片、第一聚焦透镜、第一倍频晶体、第三分光片、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，按照光学原理布局构成同一轴线的激光装置，其中经过第二分光片反射信号光轴线上由第一聚焦透镜、第一倍频晶体和第三分光片依次排列组成蓝光输出单元；第一腔镜、激光晶体、可饱和吸收体和第二腔镜按光学原理组合构成绿光锁模谐振腔；第三腔镜、参量晶体和第四腔镜按光学原理组合构成双谐振光参量振荡器；转入光线先由第一腔镜进入装置，再经过激光晶体辐射，然后由可饱和吸收体进行吸收；最后经由第二腔镜输出绿光锁模脉冲；第一分光片使一部分绿光反射，另一部分绿光透射，透射的一部分绿光经第一分光片透射后泵浦双谐振光参量振荡器，然后由第四腔镜输出信号光和闲置光，其中信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍；第二分光片使信号光反射后经第一聚焦透镜泵浦第一倍频晶体生成蓝光；第二分光片使闲置光透射后经第二聚焦透镜泵浦第二倍频晶体生成红光；第三分光片使蓝光透射；第四分光片使红光反射；实现由第一分光片获得锁模绿光，由第三分光片获得锁模蓝光，由第四分光片获得锁模红光的全固态三基色锁模激光。

2.根据权利要求1所述的全固态三基色锁模激光装置，其特征在于所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜均选择平面镜、凸面镜或凹面镜；第一腔镜与第二腔镜之间的距离，以及第二腔镜与第三腔镜之间的距离根据具体情况确定，应符合光学原理，能够使第一腔镜和第二腔镜组成绿光锁模谐振腔，第三腔镜和第四腔镜组成的双谐振锁模谐振腔为稳定腔；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具体情况确定，应符合光学原理；第一分光片、第二分光片、第三分光片、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。

3.根据权利要求1或2所述的全固态三基色锁模激光装置，其特征在于所述装置实现三基色激光时，首先用具有绿光激光辐射的晶体和在绿光波段具有饱和吸收特性的可饱和吸收体实现锁模绿光，然后将获得的锁模绿光泵浦双谐振光参量振荡器，获得信号光和闲置光，信号光波长是蓝光波段波长的两倍，闲置光波长是红光波段波长的两倍，最后对信号光倍频获得锁模蓝光，对闲置光倍频获得锁模红光。