CN106785873B - 一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器 - Google Patents

一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器，该激光器包括基于周期极化晶体MgO：PPLN的s‑偏振信号光单谐振光参量振荡器和一个LD侧面泵浦Nd：GdVO4晶体的p‑偏振基频光谐振腔组成一个复合折叠型谐振腔，利用II类角度匹配和频晶体KTP进行和频产生黄、橙、红色激光。参与和频的s‑偏振信号光波长可调谐，p‑偏振基频光波长可改变，它们在各自谐振腔内独立振荡，避免了单谐振光参量振荡器的泵浦激光因参与和频过程而导致的功率损耗；由于s‑偏振信号光和p‑偏振基频光的光斑尺寸基本一致，解决了折叠谐振腔的像散问题；基频光波长的可变化，进一步拓宽了和频光的波长可调谐范围，克服了现有技术的不足。

Description

一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器
技术领域
本公开涉及一种激光器，具体涉及一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器。
背景技术
550nm-700nm黄、橙、红波段激光在生物医学、激光测量、激光显示、激光打印、污染监测、卫星导引、水下探测、光谱分析等领域有广泛的应用。早期的黄、橙、红波段激光器多为铜蒸汽和染料激光器，体积大又含有剧毒物质限制了其实际应用。随着半导体激光技术的发展，半导体激光泵浦掺Nd3+晶体腔内和频技术、拉曼频移技术、蓝色激光泵浦掺Pb3+晶体全固态激光器技术、半导体激光腔内倍频技术来获得黄、橙、红波段激光，成为了研究热点。但是采用上述技术获得的黄、橙、红波段激光波长固定，不能实现波长可调谐输出。
近年来，随着周期极化晶体技术的迅速发展，科研工作者开始利用光参量振荡技术和腔内和频技术来实现波长可调谐的黄、橙、红波段激光。然而在现有技术中，光参量振荡器的泵浦激光因承担了抽运光参量振荡器和参与腔内和频过程两个角色，分散了泵浦功率，从而降低了腔内信号光功率密度，波长可调谐的黄、橙、红波段激光输出功率较低，波长调谐范围有限。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本公开提供一种能够实现560-743nm黄、橙、红波段范围内波长可调谐的和频激光器。
所述激光器包括第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)、第一平面反射镜(7)、会聚透镜(8)、第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)、第一类平凹反射镜、第二组1/2波片、第二类平凹反射镜、和频光输出镜(15)，其中：
所述第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)构成第一谐振腔；
所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)、和频光输出镜(15)以及第二类平凹反射镜构成第二谐振腔；
所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜构成第三谐振腔；
所述第二平面反射镜(14)在第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)之间，三者光心在一条直线上；
在所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间有第一非线性光学频率变换晶体，且所述第一非线性光学频率变换晶体在第二反射镜(9)与第二平面反射镜(14)的光心连线上；
在所述和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜之间有第二非线性光学频率变换晶体，且所述第二非线性光学频率变换晶体在频光输出镜(15)与第二类平凹反射镜的光心连线上；
在所述第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)之间有第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)，所述第一Nd：GdVO4晶体棒(3)在吸收第一半导体激光侧泵模块(2)的半导体激光能量后，产生s-偏振1062.9nm受激辐射荧光；
第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)、第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)在一条直线上；
所述s-偏振1062.9nm受激辐射荧光在第一谐振腔内振荡放大后输出s-偏振1062.9nm泵浦激光；
所述s-偏振1062.9nm泵浦激光经第一平面镜(7)反射、会聚透镜(8)会聚和第二反射镜(9)的透射聚焦在第一非线性光学频率变换晶体上；
所述第一非线性光学频率变换晶体基于非线性差频效应将s-偏振1062.9nm泵浦激光分解为近红外波段的s-偏振信号光和中红外波段的s-偏振闲频光，所述s-偏振闲频光经第二平面反射镜(14)反射至和频光输出镜(15)输出；
在所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)之间有第二半导体激光侧泵模块(25)和第二Nd：GdVO4晶体棒(26)，所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)、第二半导体激光侧泵模块(25)和第二Nd：GdVO4晶体棒(26)四者在同一条直线上；
所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)在吸收第二半导体激光侧泵模块(25)的半导体激光能量后，产生p-偏振受激辐射荧光；
所述p-偏振受激辐射荧光在第三谐振腔内振荡放大，输出p-偏振基频激光；
所述p-偏振基频激光与在第二谐振腔内振荡放大的s-偏振信号光在所述第二非线性光学频率变换晶体通过和频过程，形成波长可调谐的连续黄、橙、红色波段激光，并通过和频光输出镜(15)输出。
本公开的优点具有效率高、结构紧凑，参与和频过程的信号光和基频光在各自谐振腔内独立振荡，从而避免了单谐振光参量振荡器的泵浦激光因参与和频过程而导致的功率损耗，提高了连续输出功率；基频光波长的可变化，进一步拓宽了和频光的波长可调谐范围，克服了现有技术的不足。
附图说明
图1为本公开一个实施例中关于黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器的结构示意图；
其中：1、第一反射镜；2、第一半导体激光侧泵模块；3、第一Nd：GdVO4晶体棒；4、泵浦光输出镜；5、第一1/2波片；6、光隔离器；7、第一平面反射镜；8、会聚透镜；9、第二反射镜；10、周期极化晶体MgO：PPLN；11、温控炉；12、第一电动平移台；13、谐波镜；14、第二平面反射镜；15、和频光输出镜；16、II类角度匹配和频晶体KTP；17、第一平凹反射镜；18、第二平凹反射镜；19、第三平凹反射镜；20、第二电动平移台；21、第四平凹反射镜；22、第五平凹反射镜；23、第六平凹反射镜；24、第三电动平移台；25、第二半导体激光侧泵模块；26、第二Nd：GdVO4晶体棒；27、第二1/2波片；28、第三1/2波片；29、第四1/2波片；30、第四电动平移台。
具体实施方式
下面结合附图1，对本公开中的黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器进行详细阐述。
所述激光器结构紧凑，包括三个谐振腔，使得参与和频过程的信号光和基频光在各自谐振腔内独立振荡，从而避免了单谐振光参量振荡器的泵浦激光因参与和频过程而导致的功率损耗，提高了连续输出功率。其中：
第一谐振腔由第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)构成，用于振荡放大s-偏振1062.9nm受激辐射荧光，并输出s-偏振1062.9nm泵浦激光。
在第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)有第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)，所述第一Nd：GdVO4晶体棒(3)在吸收第一半导体激光侧泵模块(2)的半导体激光能量后，产生s-偏振1062.9nm受激辐射荧光。其中，第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)、第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)在一条直线上。
优选地，第一Nd：GdVO4晶体棒(3)的Nd3+掺杂浓度0.9at.％，两通光面分别镀制1062.9nm的增透膜。
优选地，在泵浦光输出镜(4)后面紧邻有第一1/2波片(5)；所述第一1/2波片(5)用于使输出的s-偏振1062.9nm泵浦激光处于s-偏振状态。
经第一1/2波片(5)微调过偏振状态的s-偏振1062.9nm泵浦激光经第一平面反射镜(7)反射、会聚透镜(8)会聚和第二反射镜(9)的透射聚焦到第二谐振腔中。其中，所述第一平面反射镜(7)的平面法线方向与水平方向成45°角，其靠近谐波镜的平面镀制有45°入射1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色高反膜以及900-1360nm波段的增透膜，另一平面不镀膜。
由于第二反射镜(9)用于透射s-偏振1062.9nm泵浦激光并作为第二谐振腔的全反射镜，其具有下述光学特征：所述第二反射镜(9)的凹面曲率半径为1000mm，其平面镀制0°入射1062.9nm波长的增透膜，其凹面镀制0°入射1062.9nm波长的增透膜，以及1450-1550nm波段和2900-4000nm波段的双色高反膜。
第二谐振腔由第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)、和频光输出镜(15)以及第二类平凹反射镜构成，其中第二类平凹反射镜的具体参数与p-偏振基频光的波长相关。
在所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间有第一非线性光学频率变换晶体，且所述第一非线性光学频率变换晶体在第二反射镜(9)与第二平面反射镜(14)的光心连线上。第一非线性光学频率变换晶体基于非线性差频效应将s-偏振1062.9nm泵浦激光分解为近红外波段的s-偏振信号光和中红外波段的s-偏振闲频光，所述s-偏振闲频光经第二平面反射镜(14)反射至和频光输出镜(15)输出。所述s-偏振信号光在第二谐振腔内振荡放大。
第三谐振腔由第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜构成，在所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)之间有第二半导体激光侧泵模块(25)和第二Nd：GdVO4晶体棒(26)。所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)、第二半导体激光侧泵模块(25)和第二Nd：GdVO4晶体棒(26)四者在同一条直线上。
所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)在吸收第二半导体激光侧泵模块(25)的半导体激光能量后，产生波长为912.6nm，1062.9nm和1341.3nm三种p-偏振受激辐射荧光，在第三谐振腔内振荡放大后分别产生912.6nm，1062.9nm和1341.3nm三条不同波长的p-偏振基频光。基频光波长的可变化，进一步拓宽了和频光的波长可调谐范围，克服了现有技术的不足。
优选地，在所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)、第二平面反射镜(14)之间有第二1/2波片组，所述第二1/2波片组中的1/2波片分别用于调整不同波长的p-偏振基频激光，使其处于p-偏振状态。
在所述和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜之间有第二非线性光学频率变换晶体，且所述第二非线性光学频率变换晶体在频光输出镜(15)与第二类平凹反射镜的光心连线上。从第三谐振腔和第二谐振腔的构成可以看出，所述和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜、第二非线性光学频率变换晶体在第三谐振腔和第二谐振腔的重叠区域，第二平面反射镜(14)在和频光输出镜(15)和第一类平凹反射镜的光心连线上。
所述第二非线性光学频率变换晶体将振荡放大的p-偏振基频激光、s-偏振信号光通过和频过程，形成波长可调谐的连续黄、橙、红色波段激光，并通过和频光输出镜(15)输出。
根据p-偏振基频光和s-偏振信号光，第二平面反射镜(14)、和频光输出镜(15)具有下述光学特征：
所述第二平面反射镜(14)的平面法线方向与水平方向成45°角，其靠近谐波镜(13)的平面镀制有45°入射1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色高反膜，以及900-1360nm波段的增透膜；其另一面镀制45°入射900-1360nm波段的增透膜；
所述和频光输出镜(15)的凹面曲率半径为200mm，凹面指向腔内；其凹面镀制15°入射900-1360nm波段和1400-1700nm波段的双色高反膜，以及15°入射550-750nm波段和2900-4000nm波段的双色增透膜。
这里，第二平面反射镜(14)和第一平面反射镜(7)的角度以及与角度相匹配的光学特征可以改变，只需满足第一平面反射镜(7)的入射光线与第二平面反射镜(14)反射光线相平行。
根据p-偏振基频光的波长不同，选择具有不同光学特征的第一类平凹反射镜、第二1/2波片组中波片以及第二类平凹反射镜。图1中：针对波长为912.6nm，1062.9nm和1341.3nm的p-偏振基频光，第一类平凹反射镜依次包括第四平凹反射镜(21)、第五平凹反射镜(22)、第六平凹反射镜(23)；第二类平凹反射镜依次包括第一平凹反射镜(17)、第二平凹反射镜(18)、第三平凹反射镜(19)。相应地，第二1/2波片组中波片依次包括第二1/2波片(27)、第三1/2波片(28)、第四1/2波片(29)，分别用于调整不同波长的p-偏振基频光，以使其处于p-偏振状态。
具体地，所述第一类平凹反射镜、第二类平凹反射镜具有下述光学特征：
所述第一类平凹反射镜优选为圆形熔石英平凹反射镜，平凹反射镜的凹面曲率半径均为100mm。所述第一平凹反射镜(17)的凹面镀制有0°入射912.6nm波长、1400-1700nm波段和550-750nm波段的三色高反膜(R＞99.8％@912.6nm，R＞99.8％@1400-1700nm，R＞99.8％@550-750nm)，以及1062.9nm和1341.3nm波长的双色增透膜(R＜1％@1062.9&1341.3nm)，其平面镀制有1062.9nm和1341.3nm波长的双色增透膜(R＜0.3％@1062.9&1341.3nm)。所述第二平凹反射镜(18)的凹面镀制有0°入射1062.9nm波长、1400-1700nm波段和550-750nm波段的三色高反膜(R＞99.8％@1062.9nm，R＞99.8％@1400-1700nm，R＞99.8％@550-750nm)，其平面不镀膜；所述第三平凹反射镜(19)的凹面镀制有0°入射1341.3nm波长、1400-1700nm波段和550-750nm波段的三色高反膜(R＞99.8％@1341.3nm，R＞99.8％@1400-1700nm，R＞99.8％@550-750nm)，以及1062.9nm波长的增透膜(R＜1％@1062.9nm)，其平面镀制有1062.9nm波长的增透膜(R＜0.3％@1062.9nm)。
所述第二类平凹反射镜优选圆形熔石英平凹反射镜，平凹反射镜的凹面曲率半径均为1000mm。所述第四平凹反射镜(21)的凹面镀制有0°入射912.6nm波长的高反膜(R＞99.8％@912.6nm)，以及1062.9nm和1341.3nm波长的双色增透膜(R＜0.3％@1062.9&1341.3nm)，其平面镀制有1062.9nm和1341.3nm波长的双色增透膜(R＜0.3％@1062.9&1341.3nm)；所述第五平凹反射镜(22)的凹面镀制有0°入射1062.9nm波长的高反膜(R＞99.8％@1062.9nm)，其平面不镀膜；所述第六平凹反射镜(23)的凹面镀制有0°入射1341.3nm波长的高反膜(R＞99.8％@1341.3nm)，以及1062.9nm波长的增透膜(R＜0.3％@1062.9nm)，其平面镀制有1062.9nm波长的增透膜(R＜0.3％@1062.9nm)。优选地，所述第二所述Nd：GdVO4晶体为棒状激光增益介质，棒长65mm，直径2mm，Nd3+掺杂浓度0.3at.％，两通光面分别镀制912.6nm，1062.9nm和1341.3nm三个基频光波长的增透膜(R＜0.2％@912.6nm&1062.9nm&1341.3nm)。
因此，当需要波长p-偏振912.6nm基频光时，选择的第一类平凹反射镜为第四平凹反射镜(21)、第二1/2波片(27)、第一平凹反射镜(17)。当需要波长p-偏振1062.9nm基频光时，选择的第一类平凹反射镜为第五平凹反射镜(22)、第三1/2波片(28)、第二平凹反射镜(18)。当需要波长p-偏振1341.3nm基频光时，选择的第一类平凹反射镜为第六平凹反射镜(23)、第四1/2波片(29)、第三平凹反射镜(19)。
优选地，如图1所示，将第一类平凹反射镜、第二类平凹反射镜以及第二1/2波片组分别放置在第三电动平移台(24)、第四电动平移台(30)、第二电动平移台(20)上，以方便根据不同波长的p-偏振基频光切换平凹反射镜或者1/2波片。
在图1中，所述第二非线性光学频率变换晶体采用II类角度匹配和频晶体KTP(16)，两个通光面镀制900-1700nm波段和550-750nm波段的双色增透膜。所述第一非线性光学频率变换晶体采用周期极化晶体MgO：PPLN(10)，所述周期极化晶体MgO：PPLN(10)具有29.0μm、29.8μm和30.8μm三个极化周期，MgO的掺杂浓度为5mol.％，长50mm，宽9mm，厚1.5mm，两通光面镀制三色增透膜(R＜1％@1062.9nm&1400-1700nm，R＜5％@2900-4000nm)。并将周期极化晶体MgO：PPLN(10)放置在温控炉(11)上，所述温控炉能够对周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度实施精确控制，温度控制精度为0.1℃，温度控制范围为30-200℃。为方便将周期极化晶体MgO：PPLN(10)沿通光方向水平移动，并使其处于29.0μm，29.8μm和30.8μm三个不同的极化周期工作状态，将温控炉(11)置于第一电动平移台(12)上。
优选地，在所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间有谐波镜(13)，所述谐波镜用于反射通过第一非线性光学频率变换晶体的s-偏振1062.9nm泵浦激光，将其反射回第一非线性光学频率变换晶体再次完成差频过程，可以提高对s-偏振1064.2nm泵浦激光的利用率。所述谐波镜其靠近第一非线性光学频率变换晶体的通光面镀制1062.9nm波长的高反射膜(R＞99.8％@1062.9nm)，以及1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色增透膜(R＜0.4％@1400-1700nm，R＜3％@2900-4000μm)，另一通光面镀制1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色增透膜(R＜0.4％@1400-1700nm，R＜3％@2900-4000μm)。
由于采用了谐波镜(13)，反射回来的剩余s-偏振泵浦激光也可能会从第二反射镜(9)透射，再经第一平面反射镜(7)反射回第一谐振腔中，从而损伤第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)。因此，优选在所述第一谐振腔和第三谐振腔之间有光隔离器(6)，用于吸收经谐波镜(13)反射的且被第二反射镜(9)透射的s-偏振1062.9nm泵浦激光。
图1激光器产生波长可调谐的连续黄、橙、红色波段激光过程如下：
S1、利用第一Nd：GdVO4晶体棒(3)吸收第一半导体激光侧泵模块(2)的半导体激光能量，产生s-偏振1062.9nm受激辐射荧光；
S2、所述s-偏振1062.9nm受激辐射荧光在第一谐振腔内振荡放大后输出s-偏振1062.9nm泵浦激光；
S3、使用第一1/2波片(5)微调s-偏振1062.9nm泵浦激光的偏振状态，使其处于s-偏振状态；
S4、使用第一平面反射镜(7)将微调后的s-偏振1062.9nm泵浦激光反射，使用会聚透镜(8)使反射的s-偏振1062.9nm泵浦激光会聚，并经第二反射镜(9)透射后聚焦在周期极化晶体MgO：PPLN(10)的中心位置附件；
S5、当其功率密度达到周期极化晶体MgO：PPLN(10)的非线性差频阈值时，s-偏振1062.9nm泵浦激光被迅速分解为一束s-偏振信号光和一束s-偏振闲频光；
S6、通过对周期极化晶体MgO：PPLN(10)温度调谐和周期调谐，可以实现1450-1665nm波段波长可调谐的信号光在第二谐振腔内振荡并积累能量和3980-2940nm波段波长可调谐的中红外波段闲频光输出；
S7、使用谐波镜(13)将透射过周期极化晶体MgO：PPLN(10)的s-偏振1062.9nm泵浦激光反射回周期极化晶体MgO：PPLN(10)，再次完成差频过程；
S8、在第一谐振腔和第二谐振腔之间用光隔离器(6)吸收经谐波镜(13)反射的且被第二反射镜(9)透射的s-偏振1062.9nm泵浦激光；
S9、利用第二Nd：GdVO4晶体棒(26)吸收第二半导体激光侧泵模块(25)的半导体激光能量，同时产生912.6nm，1062.9nm和1341.3nm三条不同波长的p-偏振受激辐射荧光；通过选择相应的第一类平凹反射镜、第二类平凹反射镜以及选择相应的1/2波片，使特定波长的p-偏振受激辐射荧光在第三谐振腔内振荡放大，可分别输出912.6nm，1062.9nm或1341.3nm的p-偏振基频光；
S10、使用II类角度匹配和频晶体KTP(16)实现波长可调谐的s-偏振信号光与某一固定波长的p-偏振基频光的和频过程，在这个过程中产生并输出黄、橙、红波段波长可调谐的激光。
在一个实施例中，激光器结构如图1所示。具体地，所述第一半导体激光侧泵模块(2)、第二半导体激光侧泵模块(25)为连续808nm半导体激光三向侧面泵浦模块，808nm半导体激光泵浦功率为76.3W。所述第一Nd：GdVO4晶体棒(3)为棒状激光增益介质，棒长65mm，直径2mm，Nd3+掺杂浓度0.9at.％，两通光面分别镀制1062.9nm的增透膜(R＜0.2％@1062.9nm)。所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)为棒状激光增益介质，棒长65mm，直径2mm，Nd3+掺杂浓度0.3at.％，两通光面分别镀制912.6nm，1062.9nm和1341.3nm的三色增透膜(R＜0.2％@912.6nm&1062.9nm&1341.3nm)。所述II类角度匹配和频晶体KTP(16)(θ＝78.5°，φ＝0°)，尺寸为4×4×7mm3，两个通光面镀制(900-1700nm&550-750nm)双色增透膜。这个实施例中，激光器能够产生下述激光：
(1)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.0μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1450-1482nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3980-3759nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振912.6nm基频光和频过程中，可产生560-565nm波段波长可调谐的连续s-偏振黄色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振黄色激光同时输出。
(2)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1489-1539nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3714-3438nm波段波长可调谐的s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振912.6nm基频光和频过程中，可产生566-573nm波段波长可调谐的的连续s-偏振黄色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振黄色激光同时输出。
(3)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于30.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1573-1665nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3278-2940nm波段波长可调谐的s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振912.6nm基频光和频过程中，可产生577-590nm波段波长可调谐的连续s-偏振黄色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振黄色激光同时输出。
(4)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.0μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1450-1482nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3980-3759nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1062.9nm基频光和频过程中，可产生613-619nm波段波长可调谐的连续s-偏振橙色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振橙色激光同时输出。
(5)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1489-1539nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3714-3438nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1062.9nm基频光和频过程中，可产生620-629nm波段波长可调谐的连续s-偏振橙色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振橙色激光同时输出。
(6)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于30.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1573-1665nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3278-2940nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1062.9基频光和频过程中，可产生634-649nm波段波长可调谐的连续s-偏振红色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振红色激光同时输出。
(7)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.0μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1450-1482nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3980-3759nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1341.3nm基频光和频过程中，可产生697-704nm波段波长可调谐的连续s-偏振红色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振红色激光同时输出。
(8)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于29.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1489-1539nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3714-3438nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1341.3nm基频光和频过程中，可产生706-717nm波段波长可调谐的连续s-偏振红色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振红色激光同时输出。
(9)当周期极化晶体MgO：PPLN(10)处于30.8μm极化周期状态时，周期极化晶体MgO：PPLN(10)的温度从30℃升至200℃，可同时产生1573-1665nm波段波长可调谐的s-偏振信号光和3278-2940nm波段波长可调谐的连续s-偏振闲频光。在所述s-偏振信号光与p-偏振1341.3基频光和频过程中，可产生724-743nm波段波长可调谐的连续s-偏振红色激光，并能实现s-偏振闲频光与s-偏振红色激光同时输出。
表1-9给出了每隔10℃，测量得到的s-偏振和频激光的波长、最大输出功率和s-偏振闲频光的波长、最大输出功率。
表1：
表2：
表3：
表4
表5：
表6：
表7：
表8：
表9：
从表1至表9可以看出，无论改变基频光的波长，在相同的极化周期和相同的调谐温度下，产生的闲频光波长不变。而在相同的基频光波长条件下，随着极化周期数值的增大或调谐温度的升高，由信号光和基频光通过和频过程产生的和频光的波长向长波长的方向变化，而闲频光的波长向短波长的方向变化。
本公开提出的一种基于复合谐振腔的黄、橙、红波段波长可调谐全固态和频激光器与目前常规的铜蒸汽和染料激光器比较，或与基于半导体激光泵浦掺Nd3+晶体腔内和频技术、拉曼频移技术、蓝色激光泵浦掺Pb3+晶体全固态激光器技、半导体激光腔内倍频技术来获得黄、橙、红某一波段激光的激光器而言，具有涵盖黄、橙、红波段宽光谱范围、波长大范围可调谐、可同时输出可见光波段和中红外波段波长特调谐激光且连续输出功率高、激光器结构紧凑、效率高、运转成本低、便于调整、绿色无污染等优点，具有很强的实用性。
以上对本公开进行了详细介绍，文本中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思量，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims (10)

1.一种黄、橙、红波段波长可调谐和频激光器，其特征在于：
所述激光器包括第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)、第一平面反射镜(7)、会聚透镜(8)、第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)、第一类平凹反射镜、第二组1/2波片、第二类平凹反射镜、和频光输出镜(15)，其中：
所述第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)构成第一谐振腔；
所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)、和频光输出镜(15)以及第二类平凹反射镜构成第二谐振腔；
所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜构成第三谐振腔；
所述第二平面反射镜(14)在第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)之间，三者光心在一条直线上；
在所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间有第一非线性光学频率变换晶体，且所述第一非线性光学频率变换晶体在第二反射镜(9)与第二平面反射镜(14)的光心连线上；
在所述频光输出镜(15)、第二类平凹反射镜之间有第二非线性光学频率变换晶体，且所述第二非线性光学频率变换晶体在频光输出镜(15)与第二类平凹反射镜的光心连线上；
在所述第一反射镜(1)、泵浦光输出镜(4)之间有第一半导体激光侧泵模块(2)和第一Nd：GdVO4晶体棒(3)，所述第一Nd：GdVO4晶体棒(3)在吸收第一半导体激光侧泵模块(2)的半导体激光能量后，产生s-偏振1062.9nm受激辐射荧光；
所述第一反射镜(1)、第一半导体激光侧泵模块(2)、第一Nd：GdVO4晶体棒(3)和泵浦光输出镜(4)在一条直线上；
所述s-偏振1062.9nm受激辐射荧光在第一谐振腔内振荡放大后输出s-偏振1062.9nm泵浦激光；
所述s-偏振1062.9nm泵浦激光经第一平面反射镜(7)反射、会聚透镜(8)会聚和第二反射镜(9)的透射聚焦在第一非线性光学频率变换晶体上；
所述第一非线性光学频率变换晶体基于非线性差频效应将s-偏振1062.9nm泵浦激光分解为近红外波段的s-偏振信号光和中红外波段的s-偏振闲频光，所述s-偏振闲频光经第二平面反射镜(14)反射至和频光输出镜(15)输出；
在所述第一类平凹反射镜、和频光输出镜(15)之间有第二半导体激光侧泵模块(25)和第二Nd：GdVO4晶体棒(26)，所述第一类平凹反射镜、第二半导体激光侧泵模块(25)、第二Nd：GdVO4晶体棒(26)、和频光输出镜(15)四者在同一条直线上；
所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)在吸收第二半导体激光侧泵模块(25)的半导体激光能量后，产生p-偏振受激辐射荧光；
所述p-偏振受激辐射荧光在第三谐振腔内振荡放大，输出p-偏振基频激光；
所述p-偏振基频激光与在第二谐振腔内振荡放大的s-偏振信号光在所述第二非线性光学频率变换晶体通过和频过程，形成波长可调谐的连续黄、橙、红色波段激光，并通过和频光输出镜(15)输出。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，
所述第一非线性光学频率变换晶体为周期极化晶体MgO：PPLN(10)；
所述周期极化晶体MgO：PPLN(10)具有29.0μm、29.8μm和30.8μm三个极化周期，MgO的掺杂浓度为5mol％，两通光面均镀制1062.9nm波长、1400-1700nm波段和2900-4000nm波段的三色增透膜。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：
所述第二非线性光学频率变换晶体为II类角度匹配和频晶体KTP(16)；
所述为II类角度匹配和频晶体KTP(16)，两个通光面镀制900-1700nm波段和550-750nm波段的双色增透膜。
4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于：
在所述第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间有谐波镜(13)，三者光心在一条直线上；
所述谐波镜用于反射通过第一非线性光学频率变换晶体的s-偏振1062.9nm泵浦激光，将其反射回第一非线性光学频率变换晶体再次完成差频过程；
所述谐波镜在靠近第一非线性光学频率变换晶体的通光面镀制1062.9nm波长的高反膜、以及1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色增透膜；另一通光面镀制1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色增透膜。
5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于：
在所述第一谐振腔和第三谐振腔之间有光隔离器(6)，用于吸收经谐波镜(13)反射的且被第二反射镜(9)透射的s-偏振1062.9nm泵浦激光。
6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：
所述第一非线性光学频率变换晶体在温控炉(11)上，所述温控炉(11)位于第一电动平移台(12)上；
所述第一电动平移台(12)位于第二反射镜(9)、第二平面反射镜(14)之间，能够沿着垂直于第一非线性光学频率变换晶体端面的法线方向移动，用于改变第一非线性光学频率变换晶体的极化周期。
7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：
在所述第二Nd：GdVO4晶体棒(26)、第二平面反射镜(14)之间有第二1/2波片组；
所述第二1/2波片组中的1/2波片分别用于调整不同波长的p-偏振基频激光，使其处于p-偏振状态；
在所述泵浦光输出镜(4)、第一平面反射镜(7)之间有第一1/2波片(5)；
所述第一1/2波片(5)用于使输出的s-偏振1062.9nm泵浦激光处于s-偏振状态。
8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于：
所述第一类平凹反射镜位于第三电动平移台(24)上，第二类平凹反射镜在第二电动平移台(20)上，第二1/2波片组位于第四电动平移台(30)上；
所述第三电动平移台(24)、第二电动平移台(20)、第四电动平移台(30)均用于根据波长需要切换所对应的光学元件。
9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：
所述第二反射镜(9)的凹面曲率半径为1000mm，其平面镀制1062.9nm波长的增透膜，其凹面镀制1062.9nm波长的增透膜，以及1450-1550nm波段和2900-4000nm波段的双色高反膜；
所述第二平面反射镜(14)的平面法线方向与水平方向成45°角，其靠近谐波镜的平面镀制45°入射1400-1700nm波段和2900-4000μm波段的双色高反膜，以及900-1360nm波段的增透膜；其另一面镀制45°入射900-1360nm波段增透膜；
所述和频光输出镜(15)的凹面曲率半径为200mm，凹面指向腔内；其凹面镀制15°入射900-1360nm波段和1400-1700nm波段的双色高反膜，以及15°入射550-750nm波段和2900-4000nm波段的双色增透膜。
10.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：
第一Nd：GdVO4晶体棒(3)的Nd3+掺杂浓度0.9at.％，两通光面分别镀制1062.9nm的增透膜，
第二Nd：GdVO4晶体棒(26)的Nd3+掺杂浓度0.3at.％，两通光面分别镀制912.6nm，1062.9nm和1341.3nm波长的三色增透膜。
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