CN104767111A - 一种结构紧凑的全固态混频激光器 - Google Patents

Abstract

一种结构紧凑的全固态混频激光器，包括泵浦光源、激光晶体、非线性转换晶体和滤光片；所述泵浦光源为半导体激光器，泵浦光源发出的泵浦光照射激光晶体一端，激发激光晶体发出被激发光；所述非线性转换晶体为周期性极化的晶体。本发明技术方案采用低发散角半导体激光器作为泵浦源，激发激光晶体产生另外一个波段的被激发光，激光晶体对泵浦光并不完全吸收，未被完全吸收的泵浦光和被激发光一起耦合入一个周期性极化的非线性光学晶体中，通过非线性效应而转化为所需频率激光输出。该技术方案省去了混频所需的额外的信号光，使激光器整体结构更加简单紧凑，方便缩小体积和调谐。

Description

一种结构紧凑的全固态混频激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是一种全固态混频激光器，具有结构紧凑的特点。

背景技术

全固态激光器(Diode Pumped solid state Laser，DPL)是以半导体激光器(Laser diode，LD)作为泵浦源的固体激光器，相对于只要求工作物质为固体激光材料的传统固体激光器，DPL的激光工作物质、激励源等部分均由固体物质构成，它集中了传统固体激光器和半导体激光器的优势于一身，具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、易操作、运转灵便(连续/重复率/长/短脉冲)、易智能化、无污染等优点，成为目前最具潜力的新一代激光源之一。光线混频是指两束或两束以上不同频率的单色强光同时入射到非线性介质后，通过介质的两次或更高次非线性电极化系数的耦合，产生光学和频与光学差频光波的现象，是光的非线性转换过程，常用于激光技术领域，例如混频激光器。

目前的全固态混频激光器，例如差频激光器，需要两路光，即泵浦光和信号光来产生差频光，因此就同时需要一个产生泵浦光的激光器和另一个产生信号光的激光器，致使混频激光器整体结构过大，结构也较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑的全固态混频激光器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种结构紧凑的全固态混频激光器，包括泵浦光源、激光晶体、非线性转换晶体和滤光片；所述泵浦光源为半导体激光器，其出射光具有低发散角；泵浦光源发出的泵浦光照射激光晶体一端，激发激光晶体发出被激发光；所述非线性转换晶体为周期性极化的晶体；被激发光和透射泵浦光自激光晶体另一端一同耦合入所述非线性转换晶体；非线性转换晶体出射的混频光透过所述滤光片出射；所述激光晶体接近泵浦光的端面覆有对泵浦光高透、对被激发光高反的膜，其与非线性转换晶体相邻的另一端面覆有对所述混频光高反的膜。

优选的，设置多个激光晶体，每个激光晶体具有不同激发波长；泵浦光源数量等于或少于所述激光晶体数量，一个泵浦光源发出的泵浦光入射一个或多个激光晶体。

优选的，泵浦光源与激光晶体一一对应，每个激光晶体的被激发光和透射泵浦光均通过合束镜合为一束。

优选的，泵浦光通过分束器分束，每束泵浦光照射一个激光晶体，每个激光晶体的被激发光和透射泵浦光均通过合束镜合为一束。

优选的，多个激光晶体顺次排列于同一泵浦光源光路中，透射的泵浦光和所有被激发光自最末端激光晶体合为一束出射。

优选的，所述导体激光器不局限于单模半导体激光器、多模半导体激光器或锁模半导体激光器；也不局限于连续激光器或脉冲激光器；。

优选的，所述激光晶体不局限为Yb:FAP(掺镱氟磷酸钙)、Yb:SFAP(掺镱氟磷酸锶)、Nd:YVO₄(掺钕钒酸钇)、Nd:SVAP(掺钕氟钒酸钮)、Nd:YLF(掺钕氟化锂钇)、Nd:YAP(掺钕铝酸钇)或其它任何激光晶体，使用多个激光晶体时可根据需要自由选择不同的材质。

优选的，所述非线性转换晶体不局限于周期性极化的LiNbO₃(铌酸锂)晶体，即PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)晶体，各种周期性极化的晶体都可满足需要。

本发明技术方案采用低发散角半导体激光器作为泵浦源，激发激光晶体产生另外一个波段的被激发光，激光晶体对泵浦光并不完全吸收，未被完全吸收的泵浦光和被激发光一起耦合入一个周期性极化的非线性光学晶体中，通过非线性效应而转化为所需频率激光输出。

该技术方案省去了混频所需的额外的信号光，使结构更加简单紧凑，方便缩小激光器体积，且更加便于调谐。

附图说明

图1为实施例1和2的混频激光器结构示意图；

图2为实施例3的混频激光器结构示意图；

图3为实施例4的混频激光器结构示意图；

图4为实施例5的混频激光器结构示意图。

其中：

1、1-1.泵浦光源；2、2-1.激光晶体；3.PPLN晶体；4.滤光片；41.Ge滤光片；5.分束器；6.合束镜；7.反射镜。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

实施例1

本实施例为中红外差频激光器。

如图1所示是本实施例的基本结构图，此实施例以产生中红外差频光为例进行说明。

半导体泵浦光源1发射波长为905nm，是由中科院长春光机所研制的光子晶体半导体激光器，激光输出远场呈近圆斑分布，垂直(快轴)发散角6.5°，水平(慢轴)发散角7.1°，其输出功率大于1W。激光晶体2为Yb:FAP晶体，其吸收峰在905nm附近，激发波长为1043nm，激光晶体2在靠近泵浦光端面上涂有905nm波长高透膜，对1043nm波长高反膜，在远离泵浦光端面涂有对6.84μm光高反膜。滤光4采用Ge(锗)滤光片。

由于激光晶体2吸收部分泵浦光，部分905nm泵浦光和1043nm激发光一起透过激光晶体耦合入PPLN晶体3中，通过准相位匹配(Quasi-Phase-Matching，QPM)而获得6.84μm波段的中红外光。由于本实施例中采用QPM技术来获得差频光，而QPM技术对泵浦光和信号光的偏振态没有要求，所以本实施例可以实现非线性转换。通过PPLN晶体3之后出射6.84μm差频光，以及未被完全转换的1043nm和905nm光，通过Ge滤光片41可以滤掉1043nm和905nm光，从而只出射波长6.84μm的激光。

实施例2

本实施例为蓝光和频激光器。

本实施例的结构与实施例1基本相同，通过改变PPLN晶体3的温度，可以实现1043nm与905nm激光的和频而输出波长486nm的蓝光。

实施例3

本实施例为中红外双波长差频激光器。

如图2所示，泵浦光还是使用实施例1中的泵浦光，与实施例1不同的是增加一路光，包括泵浦光源1-1和激光晶体2-1，激光晶体2-1使用Yb:SFAP晶体，激发波长为1047nm，激光晶体2-1在靠近泵浦光端面上涂有905nm波长高透膜，对1047nm波长高反膜，在远离泵浦光端面涂有对6.90μm光高反膜。

两路光通过一个反射镜7以及合束镜6合为一束光耦合入PPLN晶体3中，其中激光晶体2出射的905nm激光与1043nm激光通过QPM而获得6.84μm波段的中红外光，而激光晶体2-1出射的905nm激光与1047nm激光通过QPM而获得6.90μm波段的中红外光，再通过Ge滤光片41可以滤掉1043nm、10474nm和905nm光，从而出射6.84μm和6.90μm的光。

实施例4

本实施例为中红外双波长差频激光器。

如图3所示，与实施例3不同的是，本实施例只采用一个半导体泵浦光源1，通过分束器5和反射镜7把905nm的激光分为两束，分别入射到激光晶体2(Yb:FAP晶体)和激光晶体2-1(Yb:SFAP晶体)。相比于实施例3结构更加简单。

实施例5

本实施例为中红外双波长差频激光器。

如图4所示，在本实施例中激光晶体2(Yb:FAP晶体)和激光晶体2-1(Yb:SFAP晶体)放置在同一直线上，相比于实施例4结构更加紧凑。

激光晶体2-1在靠近泵浦光端面上涂有905nm波长高透膜，对1047nm波长高反膜；激光晶体2在靠近泵浦光端面上涂有905nm波长高透膜，对1047nm波长高透膜，对1043nm波长高反膜，在远离泵浦光端面涂有对6.90μm光和6.84μm高反膜。

本发明技术方案中，光学腔也并不局限于上述实施例中的直型腔，也可以是V字腔、L型腔或者其他任何形式的激光腔。其光学腔的部件也并不局限于实施例中的所述，根据实际的情况可以增加相应的部件。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种结构紧凑的全固态混频激光器，包括泵浦光源(1；1-1)、激光晶体(2；2-1)、非线性转换晶体和滤光片(4)；所述泵浦光源(1；1-1)为半导体激光器，泵浦光源发出的泵浦光照射激光晶体一端，激发激光晶体发出被激发光；所述非线性转换晶体为周期性极化的晶体，其特征在于：

所述半导体激光器出射光具有低发散角；

被激发光和透射泵浦光自激光晶体另一端一同耦合入所述非线性转换晶体；非线性转换晶体出射的混频光透过所述滤光片(4)出射；

所述激光晶体(2；2-1)接近泵浦光的端面覆有对泵浦光高透、对被激发光高反的膜，其与非线性转换晶体相邻的另一端面覆有对所述混频光高反的膜。

2.根据权利要求1所述的全固态混频激光器，其特征在于：设置多个激光晶体(2；2-1)，每个激光晶体具有不同激发波长；泵浦光源数量等于或少于激光晶体数量，一个泵浦光源发出的泵浦光入射一个或多个激光晶体。

3.根据权利要求2所述的全固态混频激光器，其特征在于：泵浦光源与激光晶体一一对应，每个激光晶体的被激发光和透射泵浦光均通过合束镜合为一束。

4.根据权利要求2所述的全固态混频激光器，其特征在于：泵浦光通过分束器(5)分束，每束泵浦光照射一个激光晶体，每个激光晶体的被激发光和透射泵浦光均通过合束镜(6)合为一束。

5.根据权利要求2所述的全固态混频激光器，其特征在于：多个激光晶体(2；2-1)顺次排列于同一泵浦光源光路中，透射的泵浦光和所有被激发光自最末端激光晶体合为一束出射。

6.根据权利要求1至5任一项所述的全固态混频激光器，其特征在于：所述导体激光器为单模半导体激光器、多模半导体激光器或锁模半导体激光器，出射连续激光或脉冲激光。

7.根据权利要求1至5任一项所述的结构紧凑的全固态混频激光器，其特征在于：每个所述激光晶体(2；2-1)分别为Yb:FAP、Yb:SFAP、Nd:YVO₄、Nd:SVAP、Nd:YLF或Nd:YAP晶体。

8.根据权利要求1至5任一项所述的全固态混频激光器，其特征在于：所述非线性转换晶体为PPLN晶体(3)。