CN108767640A - 一种新型低紫外与高绿光的固体激光器 - Google Patents

一种新型低紫外与高绿光的固体激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型低紫外与高绿光的固体激光器，包括：泵浦模块，用于将基态电子直接泵浦到激光发射能级以产生泵浦光源；激光增益模块，用于将泵浦光源转化为激光；倍频模块，用于将红外激光同时转化为紫外与绿光激光。本发明的有益效果为，1.结构简单且紧凑；2.光转化效率高，利用率高；3.单块晶体发热量小，控温功率低；4.激光器输出功率高，整个系统功耗极低；5.适用于不同波长的激光器系统中，在原理上具有普遍适用性。

Description

一种新型低紫外与高绿光的固体激光器
技术领域
本发明涉及固定激光器技术领域，特别是涉及一种新型低紫外与高绿光的固体激光器。
背景技术
目前，各类激光器已广泛应用于军事、工业、通讯、医疗、科研等许多领域，引起了革命性的突破。固体激光器更是在日常生活中占据重要的地位，例如食品标识、半导体材料加工、切割焊接、医疗设备等等，根据用途的不同，紫外激光器应用在打标、切割加工等，绿光激光器也应用图像显示、近视手术等不同行业。
通过晶体将泵浦光转换为1064nm红外激光，再经倍频对1064nm红外光进行转换，实现紫外激光和绿光激光同时在不同的位置输出，实现了废光(绿光)的收集利用和双路激光激光器的研制。然而，该种仍存在着某些不足之处，由于两者同时使用一种泵浦光，绿光的功率还不够高，而且对于同时输出两种激光的切换使用问题，结构的复杂程度增加等。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种新型低紫外与高绿光的固体激光器。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种新型低紫外与高绿光的固体激光器，包括：泵浦模块，用于将基态电子直接泵浦到激光发射能级以产生泵浦光源；激光增益模块，用于将泵浦光源转化为激光；倍频模块，用于将红外激光同时转化为紫外与绿光激光。
优选地，所述泵浦模块包括泵浦二极管、温度控制器、直流驱动电源，其中：泵浦二极管在直流驱动电流的驱动下产生泵浦光；温度控制器用于控制泵浦二极管的温度。
优选地，所述泵浦光的波长为808nm。
优选地，所述泵浦模块还包括依次设置在泵浦二极管输出光方向上的耦合透镜，其中：所述耦合透镜用于调整泵浦光模式。
优选地，所述耦合透镜还用于调整泵浦光入射平面单块晶体的角度和位置。
优选地，所述激光增益模块包括单块环形振荡腔，以便泵浦光源在所述单块环形振荡腔中进行振荡以转化为激光。
优选地，所述单块环形振荡腔为平面单块晶体。
优选地，所述平面单块晶体包括六个面，其中有四个面置于晶体座内，另外两个面一个面为输入耦合面，另一个面为输出耦合面，以便入射光在这两个面之间振荡，以便与倍频配合使用，使泵浦光能最大效率的转化。
优选地，所述激光增益模块还包括热沉，其中：所述平面单块晶体设置在所述热沉上。
优选地，所述激光增益模块还包括输入匹配透镜和输出匹配透镜，其中：泵浦光通过所述输入匹配透镜入射到所述非平面单块晶体中，所述非平面单块晶体输出的激光通过所述输出匹配透镜输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，1.结构简单且紧凑；2.光转化效率高，利用率高；3.单块晶体发热量小，控温功率低；4.激光器输出功率高，整个系统功耗极低；5.适用于不同波长的激光器系统中，在原理上具有普遍适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明激光器一个实施例的示意图；
图2为本发明泵浦模块一个实施例的示意图；
图3为本发明泵浦模块另一实施例的示意图；
图4为本发明激光增益模块一个实施例的示意图；
图5为本发明激光增益模块另一实施例的示意图；
图6为本发明倍频模块一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明中的图1为本发明激光器一个实施例的示意图。
图1所示，激光器包括泵浦模块1、激光增益模块2和倍频模块3，其中：泵浦模块1用于将基态电子直接泵浦到激光发射能级以产生泵浦光源。其中，泵浦光的波长为808nm。
激光增益模块2用于将泵浦光源转化为红外激光。倍频模块3，用于将红外激光同时转化为紫外与绿光激光。
下面对相关工作原理进行说明。
图2为本发明泵浦模块一个实施例的示意图。如图2所示，泵浦模块1包括泵浦二极管11、温度控制器12和直流驱动电源13。其中，泵浦二极管11在直流驱动电流的驱动下通过直接泵浦的方式产生泵浦光，温度控制器12用于控制泵浦二极管11的温度，泵浦模块需安置在热沉上面。
图3为本发明泵浦模块另一实施例的示意图。如图3所示，泵浦模块1还包括依次设置在泵浦二极管11输出光方向上耦合透镜14。
其中，耦合透镜14用于调整泵浦光模式，还可调整泵浦光入射平面单块晶体的角度和位置。例如，可调整泵浦光以垂直角度入射平面单块晶体。
本发明通过采用直接泵浦方式与平面单块结构振荡腔结合，形成一种结构简单、体积小、效率高、能耗低的平面单块固体激光器系统。该形式激光器系统可用于其他固体激光器系统中，其方法在原理上具有普遍适用性。该激光器系统实现了最高为5W紫外(转换效率为42％)、8W绿光(转换效率为35％)的输出功率，20个小时长时间的测量下，激光器功率稳定性小于±3％，单块晶体发热量波动在±0.5％。
下面通过具体示例对本发明进行说明。
首先，本发明所涉及的激光器系统的操作方法如下：
①平面单块环形激光器固定在光学平台上，连接驱动电源和控温器。
②解锁激光电源，打开激光器泵浦激光控温器和单块晶体控温器。
③待泵浦激光温度和单块晶体温度稳定后，打开电源电流保护开关，调整泵浦激光电流至需要的数值。
④测量激光器输出功率，观察泵浦激光温度和单块晶体温度，待三者数值均趋于稳定后，激光器达到正常运行状态。二极管发出的泵浦光经过耦合后，泵浦光的光束质量得到提高。
如图4所示，平面单块晶体21包括四个面。其中第一面为输入耦合面211，第二面为输出面212，以便与倍频配合使用，使泵浦光能最大效率的转化。
可选地，平面单块晶体21的入射光与输出光垂直。
通过相应的实验研究发现，若选择用波长为808nm的泵浦光源注入单块结构晶体中，可产生1064nm激光，并可有效提高单块激光器的光转换效率，有效降低激光产生过程中的量子损耗，大幅减少单块结构晶体产生的热累积效应。由于原有单块激光晶体高功率运行情况下，产生热累计效应太高，使得高质量的单块结构激光解决方案不能应用于高功率的应用环境。
可选地，激光增益模块2还包括热沉。其中，平面单块晶体设置在热沉(例如，铜质热沉)上，对平面单块晶体的温度进行控制。
可选地，激光增益模块2还包括输入匹配透镜22和输出匹配透镜23，如图5所示。
其中：泵浦光通过输入匹配透镜22入射到平面单块晶体21中，平面单块晶体21输出的激光通过输出匹配透镜23输出。
倍频模块3用于将红外激光转化为其他激光(紫外激光和绿光激光)。
如图6所示，倍频模块3包括二倍频31、三倍频32和紫外绿光高反高透镜33。其中，二倍频31是将泵浦光转化的红外光再进一步转化成绿光激光(532nm)；三倍频32是将泵浦光转化的红外光再进一步转化成紫外光激光(355nm)；紫外绿光高反高透镜33两面均镀膜，与二倍频靠近的一面镀膜绿光高反紫外高透另一面镀膜紫外高反绿光高透镜，将二三倍频各自转化的绿光和紫外光进行分别输出。
可选地，二倍频为平面晶体；三倍频为非平面晶体。
可选地，所述激光倍频模块还包括热沉，其中：所述倍频晶体分别设置在所述热沉上。
本发明包括泵浦模块和激光增益模块和倍频模块，泵浦模块将基态电子直接泵浦到激光发射能级以产生泵浦光源，激光增益模块将泵浦光源转化为激光，倍频模块将红外激光同时转化为紫外与绿光激光。本发明通过采用特殊的振荡腔设计，实现单腔双光的输出；又采用直接泵浦模式，提高了泵浦光的转换效率与激光的稳定性。
本发明突破了原有传统激光器单频功率，可以使固体激光器得到低紫外、高绿光的输出，具有良好的市场应用前景。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，包括：泵浦模块，用于将基态电子直接泵浦到激光发射能级以产生泵浦光源；激光增益模块，用于将泵浦光源转化为激光；倍频模块，用于将红外激光同时转化为紫外与绿光激光。
2.根据权利要求1所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述泵浦模块包括泵浦二极管、温度控制器、直流驱动电源，其中：泵浦二极管在直流驱动电流的驱动下产生泵浦光；温度控制器用于控制泵浦二极管的温度。
3.根据权利要求2所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述泵浦光的波长为808nm。
4.根据权利要求2所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述泵浦模块还包括依次设置在泵浦二极管输出光方向上的耦合透镜，其中：所述耦合透镜用于调整泵浦光模式。
5.根据权利要求4所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述耦合透镜还用于调整泵浦光入射平面单块晶体的角度和位置。
6.根据权利要求1所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述激光增益模块包括单块环形振荡腔，以便泵浦光源在所述单块环形振荡腔中进行振荡以转化为激光。
7.根据权利要求6所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述单块环形振荡腔为平面单块晶体。
8.根据权利要求7所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述平面单块晶体包括六个面，其中有四个面置于晶体座内，另外两个面一个面为输入耦合面，另一个面为输出耦合面，以便入射光在这两个面之间振荡，以便与倍频配合使用，使泵浦光能最大效率的转化。
9.根据权利要求6所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述激光增益模块还包括热沉，其中：所述平面单块晶体设置在所述热沉上。
10.根据权利要求6所述的新型低紫外与高绿光的固体激光器，其特征在于，所述激光增益模块还包括输入匹配透镜和输出匹配透镜，其中：泵浦光通过所述输入匹配透镜入射到所述非平面单块晶体中，所述非平面单块晶体输出的激光通过所述输出匹配透镜输出。
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