CN109494556A

CN109494556A - 一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器

Info

Publication number: CN109494556A
Application number: CN201910047745.6A
Authority: CN
Inventors: 王巍; 沈建平
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-03-19

Abstract

本发明公开了一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，所述激光器包括用于产生激光源的966nmLD激光泵浦和装设在所述966nmLD激光泵浦输出端且同轴的光纤耦合镜，光纤耦合镜用于整合966nmLD激光泵浦产生激光的光斑，激光器还包括平平镜、平凹镜和滤光镜，且在述平平镜与平凹镜之间设置有按照指定比例掺有Er的YSGG晶体，平平镜、YSGG晶体、平凹镜和滤光镜依次设置在同一轴线上；平平镜的镀膜系数为：558nm～675nm波长激光反射率大于99.9％，966nm波长激光的透过率大于95％；平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光的透过率为3％、675nm波长激光的透过率为2％和966nm高透；本发明整体结构简单，可以同时激射放出558nm的绿光激光和675nm的红光激光，且具有良好的光斑光束质量。

Description

一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器

技术领域

本发明属于光学器件领域，尤其涉及全固体激光器器件，具体涉及一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器。

背景技术

红光和绿光在生物、工业、印刷、医疗、存储、显示和军事等方面具有广泛的应用。由于脉冲绿光激光器功率高、发射激光所需时间短、危险性低的优良性能，被广泛应用在医学治疗方面，在眼科手术中之所以选择绿光是因为人眼对该谱段的光最敏感,例如比较常见的是用于治疗近视的手术中；同时可用来治疗前列腺、血管性、新生儿高胆红素血症等疾病，红光是人体细胞最易吸收和最能与血液相溶的最佳光谱，其照射生物组织的光化学作用能够起到理想的生物效应，可有效抑制炎症和缓解疼痛；可加速创伤愈合；可降低血黏度；降低血脂等。在光存储方面，由于光存储密度和光波长的二次方成反比，所以缩短波长是提高光存储密度的有效途径，相比之前常用红外和近红外波段，采用绿光作为光存储的光源能极大提高光存储密度。

目前主流的直接激射的可见光波段的激光器：气体激光器(例如：氦氖激光器632.8nm等氩离子激光器408.9～686.1nm铜蒸气激光器510.5nm和578.2nm；染料激光器(可见光波段均可调谐)半导体激光器(635nm-760nm 405nm-488nm 520nm等)，这些类型的激光器产生的光斑质量均不如全固体激光器。但想传统的全固体激光器要发射可见光则需要进行倍频等转换操作，这使得设备复杂度上升，光光转化效率下降。

发明内容

针对上述现有技术中全固体激光器发射可见光的设备复杂度高、光光转化效率比较低的问题，本发明于提出一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器；该全固体激光器可激射红色和绿色两种可见光，配合蓝光可实现各种色彩的显示，具体技术方案如下：

一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，所述激光器包括用于产生激光源的966nmLD激光泵浦和装设在所述966nmLD激光泵浦输出端且同轴的光纤耦合镜，所述光纤耦合镜用于整合所述966nmLD激光泵浦产生激光的光斑，所述激光器还包括平平镜、平凹镜、滤光镜和分色镜，且在所述平平镜与所述平凹镜之间设置有按照指定比例掺有Er的YSGG晶体，所述平平镜、平凹镜、YSGG晶体、滤光镜和分色镜按指定方向依次设置在同一轴线上；其中，所述平平镜和平凹镜组合形成激光器的谐振腔，所述平平镜的镀膜系数为：540nm～558nm、650nm～675nm波长激光反射率大于99.9％，以及966nm波长激光的透过率大于95％；所述平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光的透过率为3％和675nm波长激光的透过率为2％；所述YSGG晶体用作激光器的增益介质；所述滤光镜用于滤除558nm与675nm波长激光外的所有从激光器发射出来的光；所述分色镜用于将激光器输出的558nm与675nm波长激光分开。

进一步的，在脉冲输出条件下，所述激光器还包括设置在所述平平镜和所述平凹镜之间的小孔光阑和被动Q开关，所述平平镜、小孔光阑、被动Q开关与所述平凹镜同轴设置，且所述被动Q开关位于所述小孔光阑与所述平凹镜之间；其中，所述平平镜和平凹镜组合形成激光器的谐振腔，用以提供反馈能量并选择指定波长和频率的光透过，所述平平镜的镀膜系数为：540nm～558nm、650nm～675nm波长激光反射率大于99.9％以及966nm波长激光的透过率大于95％，所述平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光和675nm波长激光的透过率均为50％，以及966nm波长激光的透过率大于95％，所述小孔光阑用于过滤所述谐振腔中光束的高阶模并对光束整形，所述被动Q开关用于控制所述谐振腔的品质因素Q，以实现对所述光束能量的压缩，提升所述光束的峰值功率；所述滤光镜用于将激光器输出的558nm与675nm波长激光分开。

进一步的，所述被动Q开关包括一以BK7材料制备的衬底和覆盖在所述衬底的由MoS₂构成的薄膜组成，其中，所述薄膜靠近所述薄板设置。

进一步的，所述YSGG晶体掺的Er为Er³⁺离子，且所述Er³⁺离子的浓度为35％。

进一步的，所述966nmLD激光泵浦的输出端还设置有一光纤耦合连接器，用于所述966nmLD激光泵浦发生激光与所述光纤耦合镜之间的活动连接。

进一步的，所述平平镜和所述平凹镜均为两面镀膜设置。

与现有技术相比，本发明的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器的有益效果为：本发明的固体激光器整体结构简单，可直接激射558nm绿色和675nm红色两种颜色的激光，且两种光线可以同时输出，交替输出，单波长输出；通过将激射得到的558nm绿色和675nm红色两种颜色的激光与蓝光配合可以实现各种色彩的显示，得到光束质量良好的三基色；同时，得到的558nm绿色激光由于具有极高的峰值功率，可在工业领域中应用于打标、焊接、雕刻等领域，也可在军事上用来做激光制导、激光防空等。

附图说明

图1为本发明实例中所述用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器的结构组成图示意。

标识说明：1-966nmLD激光泵浦、2-光纤耦合连接器、3-光纤耦合镜、4-平平镜、5-第一平凹镜、6-滤光镜、7-薄板、8-被动Q开关、9-第二平凹镜、10-分色镜。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

在本发明实施例中，提供了一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，可用于实现连续和脉冲的350nm激光输出；具体的，参阅图1，用于连续350nm激光输出的激光器包括用于产生激光源的966nmLD激光泵浦1和装设在966nmLD激光泵浦1输出端且同轴的光纤耦合镜3，光纤耦合镜3用于整合966nmLD激光泵浦1产生激光的光斑，激光器还包括平平镜4、第一平凹镜5和滤光镜6，且在平平镜4与第一平凹镜5之间设置有按照指定比例掺有35％Er³⁺的YSGG晶体，平平镜4、YSGG晶体、第一平凹镜5和滤光镜6依次设置在同一轴线上；其中，正常连续激射激光的情况下，平平镜的镀膜系数为：540nm～558nm和650nm～675nm波长激光的反射率大于99.9％，且966nm波长激光透过率大于95％设定，平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光的透过率为3％和675nm波长激光的透过率为2％以及966nm波长激光透过率大于95％设定。

再参阅图1中b部分，在本发明具体实施例中，使用本发明的激光器当在脉冲条件下产生558nm和675nm激光输出时，使用镀膜系数为：558nm和675nm波长激光透过率均为50％、966nm波长透过率为95％的第二平凹镜9来实现，其中，在平平镜4和第二平凹镜9之间设置有一小孔光阑7和被动Q开关8，其中，小孔光阑7、被动Q开关9与第二平凹镜9同轴设置，且被动Q开关8位于小孔光阑7与第二平凹镜9之间；同时，被动Q开关8包括一以BK7材料制备的衬底和覆盖在衬底的由厚度为2nm-4.3nm的少层MoS₂构成的薄膜组成，且薄膜位于小孔光阑7与第二平凹镜9之间并靠近小孔光阑7设置。

在本发明实施例中，在966nmLD激光泵浦连续输出激光的情况下，Er离子吸收两个966nm光子从基能级跃迁至⁴F_7/2并发生无辐射跃迁至⁴S_3/2，然后辐射跃迁至⁴I_15/2并辐射波长558nm的光子。同理，无辐射跃迁至⁴F_9/2然后辐射跃迁至⁴I_15/2则辐射出波长675nm的光子。而平平镜和平凹镜作为激光器的谐振腔，本发明通过掺有Er的YSGG晶体作为激光器的增益介质，以实现粒子数反转以制造558nm和675nm波长激光输出的必要条件，通过谐振腔来反馈激光器发射光束的能量并选择可透过波长和频率的波，最后通过滤光镜6来滤除波长558nm和675nm以外从激光器发射出来的光，实现558nm和675nm波长激光的连续输出；具体的，滤光镜6为可实现558nm波长激光和675nm波长激光的滤镜，从而保证可将除558nm和675nm波长激光外的所有光透过滤光镜6。

为了保证可以得到558nm和675nm的分离色光，本发明通过在滤光镜6后面设置分色镜10的方式实现两种不同波长激光的分离操作。

在966nmLD激光泵浦脉冲输出条件下，通过小孔光阑过滤掉谐振腔内光束的高阶模并对光束进行整形，同时，结合被动Q开关；具体的，被动Q开关因为MoS₂薄膜拥有可以“饱和”和“漂白”的饱和吸收体的特性作为影响激光腔品质因素Q值可以使将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级；通过平凹镜5和滤光镜6实现558nm和675nm激光的连续脉冲输出，最后通过分色镜10实现红光和绿光两色光的连续输出。

优选的，在脉冲输出条件下，为了能让腔内558nm和675nm光产生振荡并且不会使输出的脉冲因为透过率过低导致输出脉冲能量下降，所以对平凹输出镜在558nm和675nm波长的透过率设置为50％。

此外，在本发明中，966nmLD激光泵浦1的输出端还设置有一光纤耦合连接器2，用于966nmLD激光泵浦发生激光与光纤耦合镜3之间的活动连接；本发明中平平镜4和第一平凹镜5及第二平凹镜9均为两面镀膜设置，优选的，第一平凹镜5和第二平凹镜9均采用K9透镜制备，当然，此仅为本发明的较佳实施例，在其他实施例中，可根据实际情况选择其他制备得到平凹镜，本发明对此并不进行限制和固定。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims

1.一种用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，所述激光器包括用于产生激光源的966nmLD激光泵浦和装设在所述966nmLD激光泵浦输出端且同轴的光纤耦合镜，所述光纤耦合镜用于整合所述966nmLD激光泵浦产生激光的光斑，其特征在于，所述激光器还包括平平镜、平凹镜、滤光镜和分色镜，且在所述平平镜与所述平凹镜之间设置有按照指定比例掺有Er的YSGG晶体，所述平平镜、平凹镜、YSGG晶体、滤光镜和分色镜按指定方向依次设置在同一轴线上；其中，所述平平镜和平凹镜组合形成激光器的谐振腔，所述平平镜的镀膜系数为：540nm～558nm、650nm～675nm波长激光反射率大于99.9％，以及966nm波长激光的透过率大于95％；所述平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光的透过率为3％和675nm波长激光的透过率为2％；所述YSGG晶体用作激光器的增益介质；所述滤光镜用于滤除558nm与675nm波长激光外的所有从激光器发射出来的光；所述分色镜用于将激光器输出的558nm与675nm波长激光分开。

2.如权利要求1所述的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，其特征在于，在脉冲输出条件下，所述激光器还包括设置在所述平平镜和所述平凹镜之间的小孔光阑和被动Q开关，所述平平镜、小孔光阑、被动Q开关与所述平凹镜同轴设置，且所述被动Q开关位于所述小孔光阑与所述平凹镜之间；其中，所述平平镜和平凹镜组合形成激光器的谐振腔，用以提供反馈能量并选择指定波长和频率的光透过，所述平平镜的镀膜系数为：540nm～558nm、650nm～675nm波长激光反射率大于99.9％以及966nm波长激光的透过率大于95％，所述平凹镜的镀膜系数为：558nm波长激光和675nm波长激光的透过率均为50％，以及966nm波长激光的透过率大于95％，所述小孔光阑用于过滤所述谐振腔中光束的高阶模并对光束整形，所述被动Q开关用于控制所述谐振腔的品质因素Q，以实现对所述光束能量的压缩，提升所述光束的峰值功率；所述滤光镜用于将激光器输出的558nm与675nm波长激光分开。

3.如权利要求2所述的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，其特征在于，所述被动Q开关包括一以BK7材料制备的衬底和覆盖在所述衬底的由MoS₂构成的薄膜组成，其中，所述薄膜靠近所述薄板设置。

4.如权利要求1所述的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，其特征在于，所述YSGG晶体掺的Er为Er³⁺离子，且所述Er³⁺离子的浓度为35％。

5.如权利要求1所述的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，其特征在于，所述966nmLD激光泵浦的输出端还设置有一光纤耦合连接器，用于所述966nmLD激光泵浦发生激光与所述光纤耦合镜之间的活动连接。

6.如权利要求1～5任一项所述的用于激射红、绿两色可见光的全固体激光器，其特征在于，所述平平镜和所述平凹镜均为两面镀膜设置。