CN104682182A - 二极管端面泵浦全固态激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二极管端面泵浦全固态激光器，包括：激光谐振腔，由第一全反镜、第二全反镜和至少一个折叠镜组成；布置于所述激光谐振腔内的激光晶体、第一倍频晶体、第二倍频晶体、第一输出镜和第二输出镜；还包括泵浦光源以及至少一个光学耦合系统；其中，激光晶体产生的激光在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体和第二倍频晶体进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜和第二输出镜射出。本发明的激光器设有两个输出镜分别输出波长不同的两种激光，无需使用单透射双反射膜，减小镜片的损伤；另外，该激光器设置了两个倍频晶体，通过调节倍频晶体实现对输出激光功率的调节，在满足不同材料选择性加工的同时降低调节难度。

Description

二极管端面泵浦全固态激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种二极管端面泵浦全固态激光器。

背景技术

高平均功率全固态调Ｑ355nm与532nm激光器在微电子、激光加工、光刻技术、精密材料加工等领域应用广泛，如在电路板加工与立体印刷方面。电路板加工要求紫外激光在高重复频率时提供大于 300μJ的脉冲能量；立体印刷技术要求的是平均功率(一般在 0.4～1Ｗ之间)；而一般的激光材料加工要求的平均功率在 5～10Ｗ水平。

紫外光的短波长对于微加工应用有以下两个优越性：

第一，较短的波长能够加工更小的部件。光束的衍射现象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，最小可达到的聚焦点的直径随着波长的增加而线性增加。

第二，高能量的光子可以直接破坏材料的化学键。紫外光加工材料过程称为“光蚀”效应，高能量的光子直接破坏材料的化学键，是“冷”处理过程，热影响区域微乎其微；相比之下，可见光和红外激光器利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，热量经过传导会影响到周围的材料，产生热影响区域。

现有技术中大部分的端面泵浦紫外激光器都是腔内和频方式。如何将激光谐振腔内的紫外光导出腔外，是个值得探讨的问题。有些设计直接在腔内加导出镜，将532nm和355nm同时导出，由于镜片上需要镀双反射膜，膜层较厚，镜片很容易损伤。另有在谐振腔内加一小石英棱镜或将三倍频晶体做布儒斯特角切割将三波长分离开来，但这种方法使激光器的调节难度大为增加。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的能够同时输出两种不同波长激光的激光器成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种二极管端面泵浦全固态激光器，能够同时输出两种不同波长激光，调节简便。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种二极管端面泵浦全固态激光器，与现有技术相比，其不同之处在于，该激光器包括：

激光谐振腔，由第一全反镜、第二全反镜和至少一个折叠镜组成；

布置于所述激光谐振腔内的激光晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一倍频晶体和第二倍频晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一输出镜和第二输出镜；

泵浦光源，所述泵浦光源通过泵浦光照射所述激光晶体泵浦所述激光晶体以产生激光；以及

至少一个光学耦合系统，所述光学耦合系统设置于泵浦光源和激光谐振腔之间；

其中，激光晶体产生的激光在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体和第二倍频晶体进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜和第二输出镜射出。

优选地，所述激光谐振腔还包括一Q调制元件。

优选地，所述激光谐振腔被构造为L型，所述激光晶体和所述Q调制元件依次设于所述折叠镜和所述第一全反镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述折叠镜和所述第二全反镜之间。

优选地，所述激光谐振腔被构造为V型，所述激光晶体和所述Q调制元件依次设于所述折叠镜和所述第一全反镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述折叠镜和所述第二全反镜之间。

优选地，所述激光谐振腔被构造为Z型，所述激光谐振腔包括两个折叠镜，所述Q调制元件设于第一折叠镜和第一全反镜之间，所述激光晶体设于第一折叠镜和第二折叠镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述第二折叠镜和所述第二全反镜之间。

优选地，所述激光晶体选自Nd:YVO4或Nd:YAG或Nd：YLF或Nd:Glass。

优选地，所述第一倍频晶体为二次谐波晶体，所述第二倍频晶体为三次谐波晶体。

优选地，所述二次谐波晶体选自磷酸二氢钾或三硼酸锂或硼酸铋或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性光学晶体；所述三次谐波晶体选自三硼酸锂或三硼酸铯或硼酸铯锂或偏硼酸钡非线性光学晶体。

优选地，所述Q调制元件为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。

优选地，所述第一全反镜或第二全反镜为平面镜、平-凹镜或平-凸镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的激光器设有两个输出镜分别输出波长不同的两种激光，无需使用单透射双反射膜，减小镜片的损伤；另外，本发明的激光器设置了两个倍频晶体，通过调节倍频晶体实现对输出激光功率的调节，在满足不同材料选择性加工的同时降低调节难度。

附图说明

图1是本发明实施例1的激光器的结构示意图。

图2是本发明实施例2的激光器的结构示意图。

图3是本发明实施例3的激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种二极管端面泵浦全固态激光器，与现有技术相比，其不同之处在于，该激光器包括：

激光谐振腔，由第一全反镜、第二全反镜和至少一个折叠镜组成；

布置于所述激光谐振腔内的激光晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一倍频晶体和第二倍频晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一输出镜和第二输出镜；

泵浦光源，所述泵浦光源通过泵浦光照射所述激光晶体泵浦所述激光晶体以产生激光；以及

至少一个光学耦合系统，所述光学耦合系统设置于泵浦光源和激光谐振腔之间；

其中，激光晶体产生的激光在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体和第二倍频晶体进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜和第二输出镜射出。

本发明的激光器采用两片输出镜分别输出第一波长和第二波长的激光，无需使用单透射双反射膜，减小镜片的损伤；另外，本发明的激光器设置了两个倍频晶体，通过调节倍频晶体实现对输出激光功率的调节，在满足不同材料选择性加工的同时降低调节难度。

例如，其中，将第一波长为532nm，第二波长为355nm，可以将355nm输出镜的膜层由单透射双反射膜变为单反射双透射膜，在一定程度上提高膜层的抗损伤阈值，激光器调节简便。同时可以通过调节二倍频晶体和三倍频晶体的温度来调节355nm激光和532nm激光的输出功率，实现双波长输出，满足对不同材料选择性的加工。

实施例1：

本实施例提供了一种二极管端面泵浦全固态激光器，请参见图1所示，该激光器包括：泵浦光源1、光学耦合系统2、激光谐振腔，布置于激光谐振腔内的激光晶体8、Q调制元件9、第一倍频晶体11、第二倍频晶体10、第一输出镜6和第二输出镜7。

其中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和激光谐振腔之间，在本实施例中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和第一折叠镜5之间；激光谐振腔由第一全反镜4、第二全反镜3和第一折叠镜5组成；激光谐振腔被构造为L型，激光晶体8和Q调制元件9依次设于第一折叠镜5和第一全反镜4之间；第一输出镜6、第二输出镜7、第一倍频晶体11和第二倍频晶体10依次设于第一折叠镜5和第二全反镜3之间。

泵浦光源1通过泵浦光照射激光晶体8泵浦激光晶体8以产生激光14； 激光晶体8产生的激光14在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体11和第二倍频晶体10进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜6和第二输出镜7射出。

其中，激光晶体8选自Nd:YVO4或Nd:YAG或Nd：YLF或Nd:Glass。第一倍频晶体11为二次谐波晶体，第二倍频晶体10为三次谐波晶体，进一步地，二次谐波晶体选自磷酸二氢钾或三硼酸锂或硼酸铋或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性光学晶体，所述三次谐波晶体选自三硼酸锂或三硼酸铯或硼酸铯锂或偏硼酸钡非线性光学晶体。另外，Q调制元件9为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。第一全反镜4或第二全反镜3为平面镜、平-凹镜或平-凸镜。

在本实施例中，泵浦光源1为二极管激光器，二极管激光器1输出的泵浦激光14经光学耦合系统2准直聚焦后进入激光晶体8，由于泵浦激光14波长处于Nd掺杂的激光增益介质的吸收峰，激光晶体8吸收泵浦光后受激辐射，经过由第一全反镜4、第二全反镜3和第一折叠镜5组成的激光谐振腔的选模作用，产生高光束质量的线偏基频光（S偏振），由于调Q作用得到很高峰值功率的基频脉冲光。线偏振的基频光经过二次谐波晶体11时，产生垂直基频偏振态（P偏振）的倍频绿光脉冲13。相互垂直偏振态的绿光脉冲13和剩余的基波脉冲在三次谐波晶体10内发生和频，产生偏振态与基波偏振态（S偏振）一致的三次谐波紫外激光脉冲12。第二输出镜7为355nm输出镜，其将绿光脉冲13与紫外激光脉冲12分离，紫外激光脉冲12从第二输出镜7处输出，绿光脉冲13由第一输出镜6（532nm输出镜）处输出。同时可以通过调节二次谐波晶体11和三倍频晶体10的控制温度调节绿光脉冲13与紫外激光脉冲12的功率分配。

实施例2：

本实施例提供了一种二极管端面泵浦全固态激光器，请参见图2所示，该激光器包括：泵浦光源1、光学耦合系统2、激光谐振腔，布置于激光谐振腔内的激光晶体8、Q调制元件9、第一倍频晶体11、第二倍频晶体10、第一输出镜6和第二输出镜7。

其中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和激光谐振腔之间，在本实施例中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和第一折叠镜5之间；激光谐振腔由第一全反镜4、第二全反镜3和第一折叠镜5组成；激光谐振腔被构造为V型，激光晶体8和Q调制元件9依次设于第一折叠镜5和第一全反镜4之间；第一输出镜6、第二输出镜7、第一倍频晶体11和第二倍频晶体10依次设于第一折叠镜5和第二全反镜3之间。

泵浦光源1通过泵浦光照射激光晶体8泵浦激光晶体8以产生激光14； 激光晶体8产生的激光14在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体11和第二倍频晶体10进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜6和第二输出镜7射出。

其中，激光晶体8选自Nd:YVO4或Nd:YAG或Nd：YLF或Nd:Glass。第一倍频晶体11为二次谐波晶体，第二倍频晶体10为三次谐波晶体，进一步地，二次谐波晶体选自磷酸二氢钾或三硼酸锂或硼酸铋或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性光学晶体，所述三次谐波晶体选自三硼酸锂或三硼酸铯或硼酸铯锂或偏硼酸钡非线性光学晶体。另外，Q调制元件9为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。第一全反镜4或第二全反镜3为平面镜、平-凹镜或平-凸镜。

在本实施例中，泵浦光源1为二极管激光器，二极管激光器1输出的泵浦激光14经光学耦合系统2准直聚焦后进入激光晶体8，由于泵浦激光14波长处于Nd掺杂的激光增益介质的吸收峰，激光晶体8吸收泵浦光后受激辐射，经过由第一全反镜4、第二全反镜3和第一折叠镜5组成的激光谐振腔的选模作用，产生高光束质量的线偏基频光（S偏振），由于调Q作用得到很高峰值功率的基频脉冲光。线偏振的基频光经过二次谐波晶体11时，产生垂直基频偏振态（P偏振）的倍频绿光脉冲13。相互垂直偏振态的绿光脉冲13和剩余的基波脉冲在三次谐波晶体10内发生和频，产生偏振态与基波偏振态（S偏振）一致的三次谐波紫外激光脉冲12。第二输出镜7为355nm输出镜，其将绿光脉冲13与紫外激光脉冲12分离，紫外激光脉冲12从第二输出镜7处输出，绿光脉冲13由第一输出镜6（532nm输出镜）处输出。同时可以通过调节二次谐波晶体11和三倍频晶体10的控制温度调节绿光脉冲13与紫外激光脉冲12的功率分配。

实施例3：

本实施例提供了一种二极管端面泵浦全固态激光器，请参见图3所示，该激光器包括：泵浦光源1、光学耦合系统2、激光谐振腔，布置于激光谐振腔内的激光晶体8、Q调制元件9、第一倍频晶体11、第二倍频晶体10、第一输出镜6和第二输出镜7。

其中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和激光谐振腔之间，在本实施例中，光学耦合系统2设置于泵浦光源1和第一折叠镜5之间；激光谐振腔由第一全反镜4、第二全反镜3、第一折叠镜5和第二折叠镜15组成，激光谐振腔被构造为Z型，激光谐振腔包括两个折叠镜，所述Q调制元件9设于第一折叠镜5和第一全反镜3之间，所述激光晶体8设于第一折叠镜5和第二折叠镜15之间，第一输出镜13、第二输出镜12、第一倍频晶体11和第二倍频晶体10依次设于所述第二折叠镜15和所述第二全反镜4之间。

在本实施例中，泵浦光源1为二极管激光器，二极管激光器1输出的泵浦激光14经光学耦合系统2准直聚焦后进入激光晶体8，由于泵浦激光14波长处于Nd掺杂的激光增益介质的吸收峰，激光晶体8吸收泵浦光后受激辐射，经过由第一全反镜4、第二全反镜3、第一折叠镜5和第二折叠镜15组成的激光谐振腔的选模作用，产生高光束质量的线偏基频光（S偏振），由于调Q作用得到很高峰值功率的基频脉冲光。线偏振的基频光经过二次谐波晶体11时，产生垂直基频偏振态（P偏振）的倍频绿光脉冲13。相互垂直偏振态的绿光脉冲13和剩余的基波脉冲在三次谐波晶体10内发生和频，产生偏振态与基波偏振态（S偏振）一致的三次谐波紫外激光脉冲12。第二输出镜7为355nm输出镜，其将绿光脉冲13与紫外激光脉冲12分离，紫外激光脉冲12从第二输出镜7处输出，绿光脉冲13由第一输出镜6（532nm输出镜）处输出。同时可以通过调节二次谐波晶体11和三倍频晶体10的控制温度调节绿光脉冲13与紫外激光脉冲12的功率分配。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，该激光器包括：

激光谐振腔，由第一全反镜、第二全反镜和至少一个折叠镜组成；

布置于所述激光谐振腔内的激光晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一倍频晶体和第二倍频晶体；

布置于所述激光谐振腔内的第一输出镜和第二输出镜；

泵浦光源，所述泵浦光源通过泵浦光照射所述激光晶体泵浦所述激光晶体以产生激光；以及

至少一个光学耦合系统，所述光学耦合系统设置于泵浦光源和激光谐振腔之间；

其中，激光晶体产生的激光在激光谐振腔内震荡并通过第一倍频晶体和第二倍频晶体进行倍频以产生两个不同波长的输出激光分别经第一输出镜和第二输出镜射出。

2.根据权利要求1所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光谐振腔还包括一Q调制元件。

3.根据权利要求2所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光谐振腔被构造为L型，所述激光晶体和所述Q调制元件依次设于所述折叠镜和所述第一全反镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述折叠镜和所述第二全反镜之间。

4.根据权利要求2所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光谐振腔被构造为V型，所述激光晶体和所述Q调制元件依次设于所述折叠镜和所述第一全反镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述折叠镜和所述第二全反镜之间。

5.根据权利要求2所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光谐振腔被构造为Z型，所述激光谐振腔包括两个折叠镜，所述Q调制元件设于第一折叠镜和第一全反镜之间，所述激光晶体设于第一折叠镜和第二折叠镜之间，第一输出镜、第二输出镜、第一倍频晶体和第二倍频晶体依次设于所述第二折叠镜和所述第二全反镜之间。

6.根据权利要求3至5任一项所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光晶体选自Nd:YVO4或Nd:YAG或Nd：YLF或Nd:Glass。

7.根据权利要求3至5任一项所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述第一倍频晶体为二次谐波晶体，所述第二倍频晶体为三次谐波晶体。

8.根据权利要求7所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述二次谐波晶体选自磷酸二氢钾或三硼酸锂或硼酸铋或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性光学晶体；所述三次谐波晶体选自三硼酸锂或三硼酸铯或硼酸铯锂或偏硼酸钡非线性光学晶体。

9.根据权利要求3至5任一项所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述Q调制元件为声光调Q器件、电光调Q器件或被动调Q器件。

10.根据权利要求3至5任一项所述的二极管端面泵浦全固态激光器，其特征在于，所述第一全反镜或第二全反镜为平面镜、平-凹镜或平-凸镜。