CN106684674A - 一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，包括：激光二极管泵浦源发出808nm泵浦光，分别被共轴放置的Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体各吸收一部分，两块晶体同时提供激光增益，1.06μm的基频激光偏振态为π偏振，在全反镜和黄光输出镜构成的谐振腔内振荡；基频激光经过Nd:YVO4晶体获得拉曼增益，超过受激拉曼散射阈值后振荡产生1.18μm斯托克斯光；1.18μm斯托克斯光经所述倍频晶体倍频，产生588nm黄光，经所述输出镜输出。本发明依靠双晶体复合增益保证激光偏振性，能够提高倍频效率；可充分利用Nd:YAG晶体热破裂阈值高的优点，施加更高的泵浦功率，从而提高黄光输出功率。

Description

一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域中的拉曼激光器领域，尤其涉及一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器。
背景技术
内腔倍频拉曼激光器是获得黄光输出的重要技术途径，即通过受激拉曼散射(SRS)将掺Nd激光工作介质高效的1.06μm激光转换为1.18μm一阶斯托克斯光，而后进行倍频，产生波长588nm附近的黄光输出。
早期的内腔倍频拉曼激光器多采用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)作为激光增益介质，由于其产生的激光是非偏振光，一阶斯托克斯光同样不具有偏振性，内腔倍频过程需采用磷酸氧钛钾(KTP)等晶体实现II类相位匹配，存在走离等不利因素，限制了黄光输出功率和转换效率，同时也影响了光束质量。
有些激光增益介质，如掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕钒酸钆(Nd:GdVO4)和掺钕钨酸钾钆(Nd:KGW)等具有较强的拉曼增益，因此可以在一块晶体中同时实现激光发射和SRS两个过程，即自拉曼激光器。特别是钒酸盐晶体，激光受激发射截面和拉曼增益系数都比较大，更为重要的是，其激光输出具有线偏振特性，通过三硼酸锂(LBO)等晶体I类相位匹配倍频，产生黄光输出的转换效率高，且光束质量更好。但是，自拉曼激光器中，激光发射和SRS两个过程产生的热量积累在同一晶体中，热效应更为严重，影响激光发射和SRS的转换效率，严重时甚至造成晶体破裂。
为解决上述问题，提高内腔倍频拉曼黄光激光器的输出功率和转换效率，本发明提出一种Nd:YAG/Nd:YVO4复合增益的拉曼黄光激光器。
发明内容
本发明提供了一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，本发明采用共轴的Nd:YAG和Nd:YVO4晶体同时提供激光增益，提高泵浦功率上限，同时利用Nd:YVO4激光的偏振特性保证经SRS产生的一阶斯托克斯光为线偏振态，从而可用LBO晶体I类相位匹配倍频产生黄光，提高倍频效率，最终实现提高黄光输出功率和转换效率的有益效果，详见下文描述：
一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，包括：激光二极管泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、全反镜、Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体、倍频晶体、黄光输出镜，
所述激光二极管泵浦源发出808nm泵浦光，分别被共轴放置的Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体各吸收一部分，两块晶体同时提供激光增益，由于所述Nd:YAG晶体在两个偏振方向上增益相同，而所述Nd:YVO4晶体在π偏振方向上的增益远大于σ偏振方向，因而总体上π偏振的激光增益较高，在模式竞争的作用下，最终形成的1.06μm的基频激光偏振态为π偏振，在所述全反镜和所述黄光输出镜构成的谐振腔内振荡；
基频激光经过所述Nd:YVO4晶体获得拉曼增益，超过受激拉曼散射阈值后振荡产生1.18μm斯托克斯光；1.18μm斯托克斯光经所述倍频晶体倍频，产生588nm黄光，经所述输出镜输出。
其中，所述耦合透镜组双面镀泵浦光增透膜。所述全反镜镀泵浦光增透、基频激光和斯托克斯光高反膜系。
其中，所述Nd:YAG晶体和所述Nd:YVO4晶体均两端镀泵浦光、基频激光、斯托克斯光增透膜。所述倍频晶体两端镀基频激光、斯托克斯光和倍频黄光增透膜。所述黄光输出镜镀基频激光、斯托克斯光高反、倍频黄光增透膜系。
所述拉曼黄光激光器还包括：Q开关，所述Q开关两端镀基频激光和斯托克斯光增透膜，使激光器脉冲运转，提高峰值功率，以提高SRS和倍频过程转换效率。
所述拉曼黄光激光器还包括：谐波镜，所述谐波镜双面镀基频激光和斯托克斯光增透膜，一面镀倍频黄光高反膜，用来收集反向传输的倍频黄光。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明利用Nd:YAG/Nd:YVO4双晶体同时提供激光增益，保证基频激光的偏振性，从而可采用I类相位匹配方式倍频，改善转换效率和光束质量；另一方面，由于Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体分别吸收部分泵浦光，热负载由二者共同承担，可充分利用Nd:YAG晶体热破裂阈值高的优点，施加更高的泵浦功率，从而提高黄光输出功率。
附图说明
图1为本发明提供的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：808nm激光二极管泵浦源； 2：传能光纤；
3：耦合透镜组； 4：全反镜；
5：Nd:YAG晶体； 6：Nd:YVO4晶体；
7：Q开关； 8：谐波镜；
9：倍频晶体； 10：黄光输出镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，参见图1，本发明实施中，除Nd:YAG晶体5作为激光增益介质外，作为拉曼增益介质的Nd:YVO4晶体6也同时对1.06μm激光提供部分增益，使得基频光和斯托克斯光具有线偏特性，该拉曼黄光激光器的设计原理如下所述：
激光二极管泵浦源发出泵浦光，分别被共轴放置的Nd:YAG晶体5和Nd:YVO4晶体6各吸收一部分，两块晶体同时提供激光增益，由于Nd:YAG晶体5在两个偏振方向上增益相同，而Nd:YVO4晶体6在π偏振方向上的增益远大于σ偏振方向，因而总体上π偏振的激光增益较高，在模式竞争的作用下，最终1.06μm的基频激光偏振态为π偏振，在全反镜和黄光输出镜构成的谐振腔内振荡；基频激光经过Nd:YVO4晶体6获得拉曼增益，超过SRS阈值后振荡产生1.18μm斯托克斯光；1.18μm斯托克斯光经所述倍频晶体倍频，产生588nm黄光，经输出镜输出。依靠双晶体复合增益保证激光偏振性，能够提高倍频效率；另外，热负载由两块晶体共同承担，可充分利用Nd:YAG晶体5热破裂阈值高的优点，施加更高的泵浦功率，从而提高黄光输出功率。
激光增益介质一端镀泵浦光增透、基频激光和斯托克斯光高反膜系，另一端镀基频激光增透膜；聚焦透镜组双面镀泵浦光增透膜；全反镜镀泵浦光增透、基频激光和斯托克斯光高反膜系；Nd:YAG晶体5和Nd:YVO4晶体6均两端镀泵浦光、基频激光、斯托克斯光增透膜；倍频晶体两端镀基频激光、斯托克斯光和倍频黄光增透膜；黄光输出镜镀基频激光、斯托克斯光高反、倍频黄光增透膜系；
通过上述设置，可以保证激光的偏振性，从而可以I类相位匹配倍频，改善转换效率和光束质量；同时，热负载由两块晶体分担，可减轻热效应的影响，避免热破裂的危险，施加更高的泵浦以提高输出功率。
实施例2
下面结合图1，对实施例1中的方案进行进一步地介绍，参见图1，该双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器包括：激光二极管泵浦源1、传能光纤2、耦合透镜组3、全反镜4、Nd:YAG晶体5、Nd:YVO4晶体6、倍频晶体9、黄光输出镜10，其中，
耦合透镜组3镀808nm增透膜；全反镜4镀808nm增透、1064nm和1176nm高反膜；Nd:YAG晶体5和Nd:YVO4晶体6均镀808nm、1064nm、1176nm增透膜；倍频晶体9镀1064nm、1176nm增透膜；黄光输出镜10镀1064nm、1176nm高反、588nm增透膜；
激光二极管泵浦源1发射808nm泵浦光，经过传能光纤2输出，再经过耦合透镜组3聚焦后泵浦激光晶体，部分泵浦光被Nd:YAG晶体5吸收，剩余部分被Nd:YVO4晶体6吸收，由于Nd:YVO4晶体6的π偏振方向激光增益较高，1064nm基频激光总的增益仍然是此方向上更高，因此可形成线偏振的基频光，在全反镜4和黄光输出镜10构成的谐振腔内振荡；线偏振的1064nm激光经过Nd:YVO4晶体6时，获得拉曼增益，当增益大于SRS损耗，便产生线偏振的1176nm一阶斯托克斯光，在全反镜4和黄光输出镜10构成的谐振腔内振荡；腔内振荡的1176nm斯托克斯光经倍频晶体倍频，产生588nm黄光，经黄光输出镜10输出。
其中，倍频晶体9可以是LBO晶体，也可是偏硼酸钡(BBO)、硼酸铋(BIBO)、周期极化钽酸锂(PPLT)等非线性晶体，相位匹配方式可以是角度相位匹配，也可以是温度相位匹配，只要在1176nm倍频处有I类匹配即可；
其中，为实现激光的脉冲运转，本发明实施例中的拉曼黄光激光器，还包括：Q开关7，Q开关7两端镀有1064nm、1176nm增透膜，通过Q开关实现激光的脉冲运转，提高激光峰值功率，进而提高SRS和倍频效率，Q开关可以为声光Q开关、电光Q开关以及被动Q开关，本发明实施例对此不做限制。
其中，为提高黄光输出功率，本发明实施例中的拉曼黄光激光器，还包括：谐波片8，谐波片8双面镀1064nm、1176nm增透膜，单面镀588nm高反膜，通过谐波片使得反向传输的588nm黄光能够经输出镜10输出。
综上所述，本发明实施例提供了一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，利用Nd:YAG/Nd:YVO4双晶体同时提供基频激光增益，保证激光的偏振性，从而可以采用I类相位匹配方式倍频，改善转换效率和光束质量；另一方面，由于Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体分别吸收部分泵浦光，热负载由二者共同承担，可充分利用Nd:YAG晶体热破裂阈值高的优点，施加更高的泵浦功率，从而提高黄光输出功率。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
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 (8)

1.一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，包括：激光二极管泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、全反镜、Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体、倍频晶体、黄光输出镜，
所述激光二极管泵浦源发出808nm泵浦光，分别被共轴放置的Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体各吸收一部分，两块晶体同时提供激光增益；
所述Nd:YAG晶体在两个偏振方向上增益相同，而所述Nd:YVO4晶体在π偏振方向上的增益远大于σ偏振方向，因而总体上π偏振的激光增益较高，在模式竞争的作用下，最终形成的1.06μm的基频激光偏振态为π偏振，在所述全反镜和所述黄光输出镜构成的谐振腔内振荡；
基频激光经过所述Nd:YVO4晶体获得拉曼增益，超过受激拉曼散射阈值后振荡产生1.18μm斯托克斯光；1.18μm斯托克斯光经所述倍频晶体倍频，产生588nm黄光，经所述输出镜输出。
2.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述耦合透镜组双面镀泵浦光增透膜。
3.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述全反镜镀泵浦光增透、基频激光和斯托克斯光高反膜系。
4.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述Nd:YAG晶体和所述Nd:YVO4晶体均两端镀泵浦光、基频激光、斯托克斯光增透膜。
5.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述倍频晶体两端镀基频激光、斯托克斯光和倍频黄光增透膜。
6.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述黄光输出镜镀基频激光、斯托克斯光高反、倍频黄光增透膜系。
7.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述拉曼黄光激光器还包括：Q开关，
所述Q开关两端镀基频激光和斯托克斯光增透膜，使激光器脉冲运转，提高峰值功率，以提高SRS和倍频过程转换效率。
8.根据权利要求1所述的一种双晶体复合增益的内腔拉曼黄光激光器，其特征在于，所述拉曼黄光激光器还包括：谐波镜，
所述谐波镜双面镀基频激光和斯托克斯光增透膜，一面镀倍频黄光高反膜，用来收集反向传输的倍频黄光。
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