CN105226483A - 一种绿光激光器 - Google Patents

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张文平
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Abstract

本发明提供一种绿光激光器，该激光器包括：用于发射第一泵浦光的第一二极管泵浦激光器；用于发射第二泵浦光的第二二极管泵浦激光器；分别用于将第一和第二泵浦光转换为第一基频光和第二基频光的第一激光晶体和第二激光晶体，所述第一激光晶体不同于所述第二激光晶体；非线性晶体，用于将第一基频光和第二基频光分别倍频为第一倍频光和第二倍频光并将第一基频光和第二基频光和频为和频光，且所述第一倍频光、第二倍频光和和频光分别为绿光；和绿光输出镜，用于输出所述非线性晶体出射的各绿光。本发明通过多周期的周期极化晶体作为倍频晶体，可以实现多波长绿光输出，能够有效地降低激光的相干性，减弱激光散斑。

Description

一种绿光激光器
技术领域
本发明涉及光学领域,特别涉及一种绿光激光器。
背景技术
激光二极管(LD)泵浦的固体激光器具有体积小、效率高、寿命长、功率高等特点，具有极大的应用前景，其中出射绿光的绿光激光器是一类重要的激光器。LD泵浦的固体绿光激光器的结构主要包括LD泵浦光源、激光晶体、倍频晶体和输出镜。激光晶体吸收LD泵浦光源发射的泵浦光后，将泵浦光转换为基频光，基频光通过倍频晶体后变为绿色的倍频光。
在LD泵浦的固体绿光激光器中，通常采用一个LD泵浦光源、一个激光晶体、一个非线性晶体。这类激光器发射的绿光激光只有一个波长，且线宽很窄，相干性强。这种绿光激光束用于激光显示、激光照明等领域的时候会出现严重的散斑效应，限制了其应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种相干性低的绿光激光器，克服现有固体绿光激光器造成的散斑效应。
为实现上述目的，本发明提供一种绿光激光器，包括两个用于发射泵浦光的LD泵浦光源、两个用于将泵浦光转换为基频光的激光晶体、用于将基频光转换为倍频光的非线性晶体以及绿光输出镜。
所述第一个LD泵浦光源发射的泵浦光被第一个激光晶体吸收，发射的第一种基频光；所述第二个LD泵浦光源发射的泵浦光被第二个激光晶体吸收，发射的第二种基频光；
所述第一种基频光的波长不同于第二种基频光的波长。
所述非线性晶体是多周期的周期极化晶体；
所述非线性晶体用于将所述第一个激光晶体发射的第一种基频光倍频转换成第一种绿光，将所述第二个激光晶体发射的第二种基频光倍频转换成第二种绿光，并将两种基频光和频转换为第三种绿光。
所述激光晶体的入射面分别镀有泵浦光的增透膜和基频光的高反膜，出射面镀有基频光的增透膜和倍频光的高反膜；
所述非线性晶体的入射面和出射面均镀有基频光和倍频光的增透膜。
所述绿光输出镜为平凹透镜，其中入射面为凹面，出射面为平面。
所述的绿光输出镜的凹面镀有基频光的高反膜和倍频光的增透膜，平面镀有倍频光的增透膜。
所述的基频光可以是单波长也可以是多波长。
所述的第一种基频光和第二种基频光之间的夹角是任意的。
所述的多周期倍频晶体的多周期可以是两个，可以多于两个，也可以是准周期结构。所述准周期结构，是指不同长度的畴结构无规律的排布。
根据本发明的另一方面，提供一种绿光激光器，包括两个用于发射泵浦光的LD泵浦光源、两个用于将泵浦光转换为基频光的激光晶体、用于将基频光转换为倍频光的非线性晶体以及绿光输出镜，该绿光激光器进一步包括反射镜，
所述第一泵浦光的出射光路反向平行于所述第二泵浦光的出射光路，
所述绿光输出镜进一步用于将所述第一基频光反射，沿所述非线性晶体光轴入射所述非线性晶体，
所述反射镜用于将所述第二基频光反射，沿所述非线性晶体光轴入射所述非线性晶体。
根据本发明的再一方面，提供一种绿光激光器，该激光器包括：
多个二极管泵浦的激光光源，
与所述激光光源对应的相应多个激光晶体，分别用于将来自相应激光光源的激光转化为多个基频光；
多周期或准周期结构非线性晶体，用于将所述多个基频光倍频为多个波长的绿光，
绿光输出镜，用于输出所述绿光。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案通过两个不同类型的激光晶体，发射至少两种不同波长的基频光；通过多周期的倍频晶体，产生至少三种波长的绿光，极大地降低了绿光的相干性，可以有效地较弱激光散斑效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是根据本发明实施例1和实施例2的绿光激光器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例3的绿光激光器的结构示意图；
图3是本发明实施例1中所用的PPLN晶体的结构示意图；
图4是本发明实施例2中所用的PPLN晶体的结构示意图；
图5是本发明实施例3中所用的PPLN晶体的结构示意图；
图6是本发明实施例4的绿光激光器的结构示意图。
附图标记说明：
110和120为LD泵浦光源；
130和140为激光晶体；
150为非线性晶体；
160为绿光输出镜；
111为110发射的泵浦光；
121为120发射的泵浦光；
131为激光晶体130的入射端面；
132为激光晶体130的出射端面；
133为激光晶体130发射的基频光；
141为激光晶体140的入射端面；
142为激光晶体140的出射端面；
143为激光晶体140发射的基频光；
151、152和153为绿光激光；
210和220为LD泵浦光源；
230和240为激光晶体；
250为非线性晶体；
260为绿光输出镜；
211为210发射的泵浦光；
221为220发射的泵浦光；
231为激光晶体230的入射端面；
232为激光晶体230的出射端面；
233为激光晶体230发射的基频光；
241为激光晶体240的入射端面；
242为激光晶体240的出射端面；
243为激光晶体240发射的基频光；
251、252和253为绿光激光；
310和320为LD泵浦光源；
330和340为激光晶体；
350为非线性晶体；
360为绿光输出镜；
311为310发射的泵浦光；
321为320发射的泵浦光；
331为激光晶体330的入射端面；
332为激光晶体330的出射端面；
333为激光晶体330发射的基频光；
341为激光晶体340的入射端面；
342为激光晶体340的出射端面；
343为激光晶体340发射的基频光；
351、352和353为绿光激光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
以下结合具体实施例及附图对本发明进一步说明，但不作对其的限定。
在图1中给出了本发明的绿光激光器的一个典型结构示意图。如图1所示，该绿光激光器包括：两个LD泵浦光源110和120、两个激光晶体130和140、非线性晶体150和绿光输出镜160。下面对该绿光激光器中的上述部件的结构、功能和实现分别加以说明。
LD泵浦光源110用于发射泵浦光111，所述的泵浦光的波长可以有多种可能，其与激光晶体130的吸收光谱相对应。激光晶体130吸收泵浦光源110发射的泵浦光111，将其转换成基频光133。优选地，激光晶体130的入射端面镀有泵浦光111的增透膜和基频光133的高反膜，出射端面132镀有基频光133的增透膜并优选镀有绿光的高反膜。
LD泵浦光源120用于发射泵浦光，所述的泵浦光的波长可以有多种可能，其与激光晶体140的吸收光谱相对应。激光晶体140吸收LD泵浦光源120发射的泵浦光，转换成基频光143。激光晶体140的出射端面镀有泵浦光141的增透膜和基频光143的高反膜，出射端面142镀有基频光143的增透膜和绿光的高反膜。
非线性晶体150为多周期或者准周期结构的周期极化晶体，其可以是PPLN、PPLT、PPKTP，也可以是其他的周期性极化晶体。其作用在于，将基频光133转换为倍频光151，将基频光143转换为倍频光152，将基频光133和143和频转换为和频光153。优选地，非线性晶体的双端面镀有基频光和倍频光的宽带增透膜。
耦合输出镜160绿光输出镜，入射面镀有基频光133和基频光143的高反膜和倍频光151-152和和频光153的增透膜，另外一面镀有倍频光151-152和和频光153的增透膜。
本发明中至少涉及两种基频光，其经过非线性光学晶体做频率转换后，可以产生至少三种波长的绿光，增加了绿光的光谱多样性，可以有效地较弱在激光显示应用时产生的散斑效应，具有非常重大的实际应用价值。
实施例1：
作为本发明的一个实施例，如图1所示，下面对该绿光激光器中的上述部件的结构、功能和实现分别加以说明。
该实施例中，LD泵浦光源110用于发射808nm泵浦光，激光晶体130为Nd:YVO4晶体，激光晶体130吸收LD泵浦光源110发射的808nm泵浦光，转换成波长为1064nm的基频光133。激光晶体130的左端面镀有1050-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，右端面132镀有1050-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
LD泵浦光源120用于发射808nm的泵浦光，激光晶体140为Nd:LiYF4晶体，激光晶体140吸收LD泵浦光源120发射的808nm泵浦光，转换成波长为1053nm的基频光143。激光晶体140的左端面镀有1050-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，右端面132镀有1050-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
非线性晶体150为三周期的周期极化铌酸锂(PPLN)材料，其周期分别为6.97μm、6.9μm和6.93μm，各周期长度均为1mm，晶体总长度为3mm，如图3所示。其作用在于，将波长为1064nm的基频光133转换为波长为532nm的倍频光151，将波长为1053nm的基频光143转换为波长为526.5nm的倍频光152，将波长为1064nm的基频光133和波长为1053nm的基频光143和频转换为波长为529nm的和频光153。非线性晶体的双端镀有500-550nm和1050-1100nm的宽带增透膜。
耦合输出镜160为绿光输出镜，入射面镀有1050-1100nm的高反膜和500-550nm的宽带增透膜，另外一面镀有500-550nm的宽带增透膜。
该实施例中，基频光133和143之间的夹角为90度。
通过以上装置，可以产生具有532nm、529nm和526.5nm三波长成分的绿光激光输出。
实施例2
作为本发明的另一个实施例，如图1所示，下面对该绿光激光器中的上述部件的结构、功能和实现分别加以说明。
该实施例中，LD泵浦光源110用于发射808nm泵浦光，激光晶体130为Nd:YVO4晶体，激光晶体130吸收LD泵浦光源110发射的泵浦光，转换成波长为1064nm的基频光133。激光晶体130的左端面镀有1000-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，右端面132镀有1000-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
LD泵浦光源120用于发射942nm的泵浦光，激光晶体140为Yb:YAG晶体，激光晶体140吸收LD泵浦光源120发射的泵浦光，转换成波长为1030nm的基频光143。激光晶体140的左端面141镀有1000-1100nm的高反膜和930-960nm的增透膜，右端面142镀有1000-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
非线性晶体150为三周期的周期极化铌酸锂(PPLN)材料，其周期分别为6.97μm、6.8μm和6.87μm，各周期长度均为1.5mm，晶体总长度为4.5mm，如图4所示。其作用在于，将波长为1064nm的基频光133转换为波长为532nm的倍频光151，将波长为1030nm的基频光143转换为波长为515nm的倍频光152，将波长为1064nm的基频光133和波长为1030nm的基频光143和频转换为波长为523nm的和频光153。非线性晶体的双端镀有500-550nm和1000-1100nm的宽带增透膜。
耦合输出镜160绿光输出镜，入射面镀有1000-1100nm的高反膜和500-550nm的宽带增透膜，另外一面镀有500-550nm的宽带增透膜。
基频光133和143之间的夹角为90度。
通过以上装置，可以产生具有532nm、523nm和515nm三波长成分的绿光激光输出。
实施例3：
作为本发明的一个实施例，如图2所示，下面对该绿光激光器中的上述部件的结构、功能和实现分别加以说明。
不同于实施例1和2，LD泵浦光源210用于发射942nm泵浦光，激光晶体230为Yb:YAG晶体，激光晶体230吸收LD泵浦光源210发射的泵浦光，转换成波长为1030nm的基频光233。激光晶体230的入射端面镀有1000-1100nm的高反膜和930-950nm的增透膜，出射端面232镀有1000-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
LD泵浦光源220用于发射808nm的泵浦光，激光晶体240为Nd:LiYF4晶体，激光晶体240吸收LD泵浦光源220发射的泵浦光，转换成波长为1053nm的基频光243。激光晶体240的入射端面241镀有1000-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，出射端面242镀有1000-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
非线性晶体250为准周期的周期极化铌酸锂(PPLN)材料，其周期分别为6.9μm、6.85μm和6.8μm周期按照1:1:1的比例混合排列，晶体总长度为3mm，如图5所示。其作用在于，将波长为1030nm的基频光233转换为波长为515nm的倍频光251，将波长为1053nm的基频光243转换为波长为526.5nm的倍频光252，将波长为1030nm的基频光233和波长为1053nm的基频光243和频转换为波长为521nm的和频光253。非线性晶体的双端镀有500-550nm和1000-1100nm的宽带增透膜。
耦合输出镜260绿光输出镜，入射面镀有1000-1100nm的高反膜和500-550nm及1000-1100nm的宽带增透膜，另外一面镀有500-550nm的宽带增透膜。
该实施例中，基频光233和243之间的夹角为7度。
通过以上装置，可以产生具有515nm、521nm和526.5nm三波长成分的绿光激光输出。
实施例4：
作为本发明的一个实施例，如图6所示，下面对该绿光激光器中的上述部件的结构、功能和实现分别加以说明。
该实施例中，LD泵浦光源310用于发射808nm泵浦光，激光晶体330为Nd:YVO4晶体，激光晶体330吸收LD泵浦光源310发射的808nm泵浦光，转换成波长为1064nm的基频光333。激光晶体330的入射端面镀有1050-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，出射端面332镀有1050-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
LD泵浦光源320用于发射808nm的泵浦光，激光晶体340为Nd:LiYF4晶体，激光晶体340吸收LD泵浦光源320发射的808nm泵浦光，转换成波长为1053nm的基频光343。激光晶体330的入射端面镀有1050-1100nm的高反膜和800-820nm的增透膜，出射端面332镀有1050-1100nm的增透膜和500-550nm的高反膜。
非线性晶体350为三周期的周期极化铌酸锂(PPLN)材料，其周期分别为6.97μm、6.9μm和6.93μm，各周期长度均为1mm，晶体总长度为3mm，如图3所示。其作用在于，将波长为1064nm的基频光333转换为波长为532nm的倍频光351，将波长为1053nm的基频光343转换为波长为526.5nm的倍频光352，将波长为1064nm的基频光333和波长为1053nm的基频光343和频转换为波长为529nm的和频光353。非线性晶体的双端镀有500-550nm和1050-1100nm的宽带增透膜。
耦合输出镜360绿光输出镜，入射面镀有1050-1100nm的高反膜和500-550nm的宽带增透膜，另外一面镀有500-550nm的宽带增透膜。
腔镜370，其镀有500-550nm的高反膜和1050-1100nm的高反膜。
基频光333和343相互平行，基频光333与输出光351/352/353之间的夹角为7度，基频光343输出光351/352/353之间的夹角为7度。
通过以上装置，可以产生具有532nm、529nm和526.5nm三波长成分的绿光激光输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绿光激光器，其特征在于，该激光器包括：
多个二极管泵浦的激光光源，
与所述激光光源对应的相应多个激光晶体，分别用于将来自相应激光光源的激光转化为多个基频光；
多周期或准周期结构非线性晶体，用于将所述多个基频光倍频为多个波长的绿光，
绿光输出镜，用于输出所述绿光。
2.如权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于，所述多个基频光的波长不相同。
3.一种绿光激光器，其特征在于，该激光器包括：
用于发射第一泵浦光的第一二极管泵浦激光器；
用于发射第二泵浦光的第二二极管泵浦激光器；
分别用于将第一和第二泵浦光转换为第一基频光和第二基频光的第一激光晶体和第二激光晶体，所述第一基频光的波长不同于所述第二基频光的波长；
非线性晶体，用于将第一基频光和第二基频光分别倍频为第一倍频光和第二倍频光并将第一基频光和第二基频光和频为和频光，且所述第一倍频光、第二倍频光和和频光分别为绿光；和
绿光输出镜，用于输出所述非线性晶体出射的各绿光。
4.如权利要求3所述的绿光激光器，其特征在于，所述绿光输出镜为平凹透镜，入射面为凹面，形成有第一和第二基频光的高反膜和绿光增透膜，出射面为平面，形成有绿光增透膜。
5.如权利要求3所述的绿光激光器，其特征在于，
所述第一泵浦光的出射光路不同于所述第二泵浦光的出射光路，
所述非线性晶体的光轴位于所述第一泵浦光出射光路中，
所述绿光输出镜进一步用于将所述来自第二激光晶体的基频光反射，沿所述非线性晶体光轴入射所述非线性晶体。
6.如权利要求5所述的绿光激光器，其特征在于，
所述第一激光晶体(130)的入射面(131)形成有第一泵浦光(111)的增透膜和第一基频光(133)及第二基频光(143)的高反膜，出射面(132)形成有第一基频光(133)的增透膜和倍频光及和频光的高反膜；
所述第二激光晶体(140)的入射面(141)形成有第二泵浦光(121)的增透膜和第一基频光(133)及第二基频光(143)的高反膜，出射面(142)形成有第二基频光(143)的增透膜。
7.如权利要求3所述的绿光激光器，其特征在于，该绿光激光器进一步包括反射镜，
所述第一泵浦光的出射光路反向平行于所述第二泵浦光的出射光路，
所述绿光输出镜将来自第一激光晶体的出射光反射，沿所述非线性晶体光轴入射所述非线性晶体，
所述反射镜将来自第二激光晶体的出射光反射，沿所述非线性晶体光轴入射所述非线性晶体。
8.如权利要求7所述的绿光激光器，其特征在于，
所述第一激光晶体(330)的入射面(331)形成有第一泵浦光(311)的增透膜和第一基频光(333)的高反膜，出射面(332)形成有第一基频光(333)的增透膜；
所述第二激光晶体(140)的入射面(141)形成有第二泵浦光(121)的增透膜和第二基频光(143)的高反膜，出射面(142)形成有第二基频光(143)的增透膜。
9.如权利要求3所述的绿光激光器，其特征在于，所述非线性晶体是具有多周期或准周期结构的周期极化晶体。
10.如权利要求3所述的绿光激光器，其特征在于，所述第一基频光和第二基频光为单波长光束或多波长光束。
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