CN107946894A - 被动调QNd:YAG内腔式1570nmOPO激光器 - Google Patents

被动调QNd:YAG内腔式1570nmOPO激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μmOPO激光器，脉冲氙灯和Nd∶YAG晶体位于漫反射聚光腔中，平面谐振腔镜包括1.064μm输出镜和1.064μm全反及1.57μm输出镜；Nd∶YAG晶体、Cr4+：YAG调Q晶体、偏振片、KTP晶体沿光路方向同轴布置，1.064μm输出镜位于Nd∶YAG晶体外侧，1.064μm全反及1.57μm输出镜位于KTP晶体外侧，Nd∶YAG晶体吸收脉冲氙灯泵浦源辐射的能量后，产生波长为1.064μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在由1.064μm输出镜和1.064μm全反及1.57μm输出镜组成的激光器谐振腔内形成谐振，并由Cr4+：YAG调Q晶体调Q后产生1.064μm激光巨脉冲输出，并作为非线性晶体KTP产生光参量振荡效应的泵浦光源。

Description

被动调QNd:YAG内腔式1570nm OPO激光器
技术领域
本发明属于激光器设计技术领域，涉及一种两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器。
背景技术
1.57μm OPO激光器技术是将1.064μm激光波长通过非线性晶体的光参量转换效应(简称OPO)转换为1.57μm左右的激光波长输出，具有对人眼最安全，大气及烟雾的穿透能力强，目标反射系数高等特点。
目前，常用的方法是使用Nd:YAG激光器产生的1.064μm激光，作为泵浦光照射到非线性晶体(如KTP晶体)，再通过非线性晶体的光参量振荡效应(简称OPO)转换为1.57μm左右的激光波长输出，光路原理图如图1所示。
图中M1-1.064μmHR、M2-1.064μmPR、Cr4+：YAG调Q晶体、偏振片P以及脉冲氙灯和Nd:YAG组成输出1.064μm波长的激光器；M3-(1.57μm HR，1.064μmHT)、KTP晶体和M4-1.57μmPR组成输出1.57μm波长的OPO激光器。
这种方式通常需要较高的1.064μm波长的激光功率密度(或者是能量密度)才能达到产生OPO激光的阈值，因此光-光(1.064μm→1.57μm)转换效率不高(约为20％)，并且不易小型化。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种两端输出Cr4+YAG被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，实现输出激光波长处于人眼安全波段、电光效率高、结构简单紧凑的优点。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其包括：Nd∶YAG晶体3、KTP晶体5、Cr4+：YAG调Q晶体4、偏振片P、平面谐振腔镜、漫反射聚光腔1和脉冲氙灯2；脉冲氙灯2和Nd∶YAG晶体3位于漫反射聚光腔1中，平面谐振腔镜包括1.064μm输出镜M11和1.064μm全反及1.57μm输出镜M12；Nd∶YAG晶体3、Cr4+：YAG调Q晶体4、偏振片P、KTP晶体5沿光路方向同轴布置，1.064μm输出镜M11位于Nd∶YAG晶体3外侧，1.064μm全反及1.57μm输出镜M12位于KTP晶体5外侧，Nd∶YAG晶体3吸收脉冲氙灯2泵浦源辐射的能量后，产生波长为1.064μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在由1.064μm输出镜M11和1.064μm全反及1.57μm输出镜M12组成的激光器谐振腔内形成谐振，并由Cr4+：YAG调Q晶体4调Q后产生1.064μm激光巨脉冲输出，并作为非线性晶体KTP产生光参量振荡效应的泵浦光源。
其中，所述KTP晶体5的两个端面的镀膜分别为：靠近偏振片P的一端面为AR1.064μm/R≤0.25％，HR1.57μm/R≥99.7％；另一端面为AR1.064μm/1,57μm/R≤0.25％。
其中，所述KTP晶体5与1.064μm全反及1.57μm输出镜M12组成内腔式OPO激光器谐振腔，产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，第一次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm全反及1.57μm输出镜M12反射再次经过KTP晶体5再次产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出；第二次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm输出镜M11逸出。
其中，所述KTP晶体5的切割方向为X切割的Ⅱ类相位匹配。
其中，所述激光器谐振腔为平—平腔。
其中，所述1.064μm输出镜M11的透过率为25％～30％。
其中，所述1.064μm全反及1.57μm输出镜M12的镀膜要求为1.064μm HR/R≥99.7％，1.57μm透过率55～60％。
其中，所述Nd∶YAG晶体3的两个端面镀1.064μm增透膜。
其中，所述Cr4+：YAG调Q晶体4的透过率为30％～35％。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的两端输出Cr4+YAG被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，具有输出激光波长为人眼安全波长、结构紧凑、效率高的优点，激光器输出能量可达到16mJ，电光效率为3.9‰，与相同输出能量和工作方式的现有激光器相比，电光效率提高20％，体积减小15％。
附图说明
图1为1.064μm激光经OPO转换成1.57μm激光输出的光路原理图。
图2为本发明实施例激光器组成示意图。
图3为本发明实施例激光器光路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图2和图3所示，本实施例Cr4+YAG被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器包括：Nd∶YAG晶体3、KTP晶体5、Cr4+：YAG调Q晶体4、偏振片P、平面谐振腔镜、漫反射聚光腔1和脉冲氙灯2；脉冲氙灯2和Nd∶YAG晶体3位于漫反射聚光腔1中，平面谐振腔镜包括1.064μm输出镜M11和1.064μm全反及1.57μm输出镜M12；Nd∶YAG晶体3、Cr4+：YAG调Q晶体4、偏振片P、KTP晶体5沿光路方向同轴布置，1.064μm输出镜M11位于Nd∶YAG晶体3外侧，1.064μm全反及1.57μm输出镜M12位于KTP晶体5外侧，Nd∶YAG晶体3吸收脉冲氙灯2泵浦源辐射的能量后，产生波长为1.064μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在由1.064μm输出镜M11和1.064μm全反及1.57μm输出镜M12组成的激光谐振腔内形成谐振，并由Cr4+：YAG调Q晶体4调Q后产生1.064μm激光巨脉冲输出，并作为非线性晶体KTP产生光参量振荡效应的泵浦光源。
利用在1.064μm激光谐振腔内激光功率(能量)密度较腔外激光功率(能量)密度高的特性，在1.064μm激光谐振腔内的插入端面镀有1.57μm全反膜的KTP晶体5与1.064μm全反及1.57μm输出镜M12组成的内腔式OPO激光器谐振腔，产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，第一次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm全反及1.57μm输出镜M12反射再次经过KTP晶体5再次产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，从而提高了1.064μm→1.57μm激光的光光转换效率，相应的提高了总体电光效率。第二次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm输出镜M11逸出，从而避免了由于1.064μm激光谐振腔内激光功率(能量)密度过高造成的激光器内部激光介质(Nd:YAG晶体3)和其他光学元件损伤的风险。
激光器谐振腔为平—平腔，其中1.064μm输出镜M11的透过率为25％～30％；1.064μm全反及1.57μm输出镜M12的镀膜要求为1.064μm HR(R≥99.7％)，1.57μm透过率55～60％。为减少传输损耗，Nd∶YAG晶体3的两个端面需镀1.064μm增透膜。
作为非线性晶体产生光参量振荡效应的必要条件，泵浦光必须达到一定的峰值功率密度和能量密度，因此采用了Cr4+：YAG调Q晶体4作为被动调Q元件，从而使Nd∶YAG晶体产生脉冲宽度为10ns左右的1.064μm激光输出，考虑激光器工作阈值电压、工作电压坪区及腔内光学元器件的损伤阈值等综合因素，设计中Cr4+：YAG调Q晶体4的透过率为30％～35％。
作为产生光参量振荡效应的KTP晶体5的切割方向为X切割(θ＝90°，Φ＝0°)的Ⅱ类相位匹配，为了提高转换效率降低阈值，两个光学面的镀膜要求为：靠近偏振片P的一端面为AR1.064μm(R≤0.25％)；HR1.57μm(R≥99.7％)；另一端面为AR1.064μm/1,57μm(R≤0.25％)。
通过采用两端输出的Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器谐振腔综合设计方案研制的激光器，既具有较高的1.064μm→1.57μm激光的光光转换效率，又使整个激光器能够安全运转；同时由于减少了激光器内的光学元器件使激光器结构更加紧凑，达到了小型化设计的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，包括：Nd∶YAG晶体(3)、KTP晶体(5)、Cr4+：YAG调Q晶体(4)、偏振片(P)、平面谐振腔镜、漫反射聚光腔(1)和脉冲氙灯(2)；脉冲氙灯(2)和Nd∶YAG晶体(3)位于漫反射聚光腔(1)中，平面谐振腔镜包括1.064μm输出镜(M11)和1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)；Nd∶YAG晶体(3)、Cr4+：YAG调Q晶体(4)、偏振片(P)、KTP晶体(5)沿光路方向同轴布置，1.064μm输出镜(M11)位于Nd∶YAG晶体(3)外侧，1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)位于KTP晶体(5)外侧，Nd∶YAG晶体(3)吸收脉冲氙灯(2)泵浦源辐射的能量后，产生波长为1.064μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在由1.064μm输出镜(M11)和1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)组成的激光器谐振腔内形成谐振，并由Cr4+：YAG调Q晶体(4)调Q后产生1.064μm激光巨脉冲输出，并作为非线性晶体KTP产生光参量振荡效应的泵浦光源。
2.如权利要求1所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述KTP晶体(5)的两个端面的镀膜分别为：靠近偏振片(P)的一端面为AR1.064μm/R≤0.25％，HR1.57μm/R≥99.7％；另一端面为AR1.064μm/1,57μm/R≤0.25％。
3.如权利要求2所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述KTP晶体(5)与1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)组成内腔式OPO激光器谐振腔，产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，第一次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)反射再次经过KTP晶体(5)再次产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出；第二次转换剩余的1.064μm激光经1.064μm输出镜(M11)逸出。
4.如权利要求3所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述KTP晶体(5)的切割方向为X切割的Ⅱ类相位匹配。
5.如权利要求1所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述激光器谐振腔为平—平腔。
6.如权利要求5所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述1.064μm输出镜(M11)的透过率为25％～30％。
7.如权利要求6所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述1.064μm全反及1.57μm输出镜(M12)的镀膜要求为1.064μm HR/R≥99.7％，1.57μm透过率55～60％。
8.如权利要求1所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述Nd∶YAG晶体(3)的两个端面镀1.064μm增透膜。
9.如权利要求1所述的两端输出Cr4+被动调QNd:YAG内腔式1.57μm OPO激光器，其特征在于，所述Cr4+：YAG调Q晶体(4)的透过率为30％～35％。
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