CN110011169A - 自倍频激光发生装置及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自倍频激光发生装置及激光器，涉及激光器技术领域，所述自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源、耦合单元、自倍频晶体和基频光反射结构；所述泵浦激光源发出的泵浦光能够经过所述耦合单元后照射在所述自倍频晶体的入光面上，所述自倍频晶体用于将所述泵浦光转变为基频光；所述自倍频晶体的入光面和所述基频光反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光改变为倍频光；所述自倍频晶体和所述基频光反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是涉及一种自倍频激光发生装置及激光器。
背景技术
近年来，非线性光学材料领域的自倍频晶体成为人们研究的热点之一，自倍频晶体将激光功能和非线性功能集于一身，这样激光器结构能进一步紧凑，有利于其向小型化方向发展，使其更容易渗透到军事、工业、医学和科研等其他各个领域。例如蓝绿激光器在高密度光学信息处理、彩色复印、激光打印、水下通讯以及海底资源探测等方面都有广泛的应用。
但是现有的自倍频晶体激光器输出激光的谱线宽度已经不能满足更高技术层次领域的要求了，其应用的领域受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自倍频激光发生装置及激光器，以缓解了现有的自倍频晶体激光器输出光谱较宽，限制其应用领域的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源、耦合单元、自倍频晶体和基频光反射结构；所述泵浦激光源发出的泵浦光能够经过所述耦合单元后照射在所述自倍频晶体的入光面上，所述自倍频晶体用于将所述泵浦光转变为基频光；
所述自倍频晶体的入光面和所述基频光反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光改变为倍频光；
所述自倍频晶体和所述基频光反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。
进一步的，所述自倍频晶体的入光面镀有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够透射泵浦光，且反射基频光和倍频光；
所述自倍频晶体的出光面上镀有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射基频光和倍频光。
进一步的，所述线宽压窄单元为透射式光栅，由所述自倍频晶体出射面射出的光经过所述透射式光栅能够被所述透射式光栅分成出射方向不同的基频光束和倍频光束；所述基频光反射结构位于所述基频光束的路径上。
进一步的，所述基频光反射结构为反射式光栅。
进一步的，所述透射式光栅和反射式光栅分别为透射式体布拉格光栅和反射式体布拉格光栅。
进一步的，所述自倍频晶体按照倍频转换效率最高的方向被切割。
进一步的，所述耦合单元包括耦合镜片。
进一步的，所述线宽压窄单元为双折射滤光片，所述自倍频激光发生装置包括腔镜，所述腔镜位于所述双折射滤光片的出光面一侧；
所述腔镜朝向所述双折射滤光片出光面的一面上镀有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够将从所述双折射滤光片射出的基频光反射并回到所述自倍频晶体，且能够允许倍频光穿过所述第三滤光膜。
进一步的，所述泵浦激光源为激光二极管。
第二方面，本发明实施例提供的一种激光器，包括上述的自倍频激光发生装置。
本发明实施例提供的一种自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源、耦合单元、自倍频晶体和基频光反射结构；所述泵浦激光源发出的泵浦光能够经过所述耦合单元后照射在所述自倍频晶体的入光面上，所述自倍频晶体用于将所述泵浦光转变为基频光；所述自倍频晶体的入光面和所述基频光反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光改变为倍频光；所述自倍频晶体和所述基频光反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。由泵浦激光器发出的泵浦光首先照射到耦合单元上，经过耦合单元的耦合汇聚作用，泵浦光再照射到自倍频晶体的入射面上，经过自倍频晶体后，泵浦光可以转变为基频光，然后从自倍频晶体射出，射出的基频光在自倍频晶体和基频光反射结构之间形成的谐振腔内来回振荡，进而形成了倍频光。并且，倍频光经过线宽压窄单元的作用下，倍频光的线宽被压窄变窄，从而获得了窄线宽的倍频光，拓宽了自倍频激光发生装置的使用范围。
本发明实施例提供的一种激光器，包括上述的自倍频激光发生装置。因为本发明实施例提供的激光器引用了上述的自倍频激光发生装置，所以，本发明实施例提供的激光器也具备自倍频激光发生装置的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的自倍频激光发生装置的原理图；
图2为本发明实施例2提供的自倍频激光发生装置的原理图。
图标：100－泵浦激光源；200－耦合单元；300－自倍频晶体；400－透射式光栅；500－反射式光栅；600－双折射滤光片；700－腔镜；810－泵浦光；820－基频光；830－倍频光。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源100、耦合单元200、自倍频晶体300和基频光820反射结构；所述泵浦激光源100发出的泵浦光810能够经过所述耦合单元200后照射在所述自倍频晶体300的入光面上，所述自倍频晶体300用于将所述泵浦光810转变为基频光820；所述自倍频晶体300的入光面和所述基频光820反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光820改变为倍频光830；所述自倍频晶体300和所述基频光820反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。由泵浦激光器发出的泵浦光810首先照射到耦合单元200上，经过耦合单元200的耦合汇聚作用，泵浦光810再照射到自倍频晶体300的入射面上，经过自倍频晶体300后，泵浦光810可以转变为基频光820，然后从自倍频晶体300射出，射出的基频光820在自倍频晶体300和基频光820反射结构之间形成的谐振腔内来回振荡，进而形成了倍频光830。并且，倍频光830经过线宽压窄单元的作用下，倍频光830的线宽被压窄变窄，从而获得了窄线宽的倍频光830，拓宽了自倍频激光发生装置的使用范围。
进一步的，所述自倍频晶体300的入光面镀有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够透射泵浦光810，且反射基频光820和倍频光830；所述自倍频晶体300的出光面上镀有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射基频光820和倍频光830。
通过在自倍频晶体300和基频光820反射结构上镀第一滤光膜和第二滤光膜的形式，实现在自倍频晶体300的入射面和基频光820反射机构之间形成谐振腔。由泵浦光810源发出的泵浦光810可以通过第一滤光膜进入到自倍频晶体300内，自倍频晶体300可以将泵浦光810转变为基频光820，基频光820能够通过第二滤光膜再照射到基频光820反射结构上发生反射，被反射的基频光820再次由第二滤光膜进入到自倍频晶体300内，反射回来的基频光820无法通过第一滤光膜，所以，基频光820会在谐振腔内来回振荡，最终由基频光820转变为倍频光830。
具体的，当自倍频晶体300为Nd：GdCOB晶体；其中之一种镀膜方式可以为，第一滤光膜可以为808nm高透过率(＞95％)，1060nm高反射率(＞99.9％)，和530nm高反射率的介质膜，第二滤光膜可以为808nm高反射率，1060nm高反射率，530nm高透过率介质膜。以此达到谐振腔的作用。
所述线宽压窄单元可以为透射式光栅400，由所述自倍频晶体300出射面射出的光经过所述透射式光栅400能够被所述透射式光栅400分成出射方向不同的基频光820束和倍频光830束；所述基频光820反射结构位于所述基频光820束的路径上。
具体的，透射式光栅400可以为透射式体布拉格光栅，衍射效率大于99％，透射式光栅400可以起到压窄线宽的作用，透射式光栅400根据衍射作用，可以将基频光820和倍频光830分束，基频光820和倍频光830朝不同的方向前进，透射式光栅400不仅能达到压窄线宽的作用，还能起到分束的作用，需要再进行振荡的基频光820通过位于基频光820束的光路上的基频光820反射机构反射，回到自倍频晶体300内，直到变成倍频光830。通过透射式光栅400可以更方便分离窄线宽的倍频光830，并加以利用。
所述基频光820反射结构为反射式光栅500，反射式光栅500可以为反射式体布拉格光栅中心波长为基频波长，反射效率大于99.5％。反射式光栅500对基频光820同样具有压窄线宽得到窄线宽激光的作用，所以当基频光820先后通过透射式体布拉格光栅和反射式体布拉格光栅时，透射式体布拉格光栅角度选择和反射式体布拉格光栅光谱选择相配合，实现了激光的二次压窄，最后获得的基频光820的线宽更窄，本发明实施例提供的自倍频激光发生装置能够将输出激光的线宽压窄至0.1nm以内。
利用反射光栅不仅实现了基频光820在谐振腔内振荡，而且还能再次对激光进行线宽压窄。
进一步的，所述自倍频晶体300按照倍频转换效率最高的方向被切割，切割方向可以为自倍频产生530nm(或545nm)激光的相位匹配方向。自倍频晶体300按照一定的角度切割，这一角度对应着倍频转换效率最高方向，切割角度根据倍频光830的不同有所不同。根据非线性材料特性，一般采用角度相位匹配来得到倍频光830。角度相位匹配是利用晶体的双折射来补偿正常色散而达到相位匹配的一种方法。使入射晶体的基频光820和产生的倍频光830具有不同的偏振态，而所用晶体应预先根据晶体光学的理论和有关的折射率数据，计算出切割晶体的方向，磨制成所需形状，使基频光820和倍频光830能满足相位匹配条件。在本实施例中，所述自倍频晶体300按照倍频相位匹配方向切割成柱状或板条状，所述的柱状或板条状的两端面为两个通光端面，所述两个通光端面为平面、球面或非球面，两个通光端面分别为泵浦光810输入端面和激光输出端面，两个通光端面进行抛光处理。
进一步的，所述耦合单元200包括耦合镜片。耦合单元200可以为单耦合镜、双耦合镜或者其它形式的组合镜。
进一步的，所述泵浦激光源100为激光二极管。激光二极管可以是C封装、F封装、或者光纤耦合输出等形式。
自倍频晶体300基质材料可以是Gdcob，也可以是Ycob，掺杂离子为Nd和Yb中的一种。
在本实施例中，所述自倍频晶体300可以为红光自倍频晶体300，所述红光自倍频晶体300为四硼酸铝钇钕(简称NYAB)或掺钕三硼酸钙氧钆(简称Nd：GdCOB)。
所述自倍频晶体300可以为绿光自倍频晶体300，所述绿光自倍频晶体300为NYAB、Nd：GdCOB。
所述自倍频晶体300可以为蓝光自倍频晶体300，所述蓝光自倍频晶体300为Nd：YCOB。
实施例2
如图2所示，本发明实施例提供的自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源100、耦合单元200、自倍频晶体300和基频光820反射结构；所述泵浦激光源100发出的泵浦光810能够经过所述耦合单元200后照射在所述自倍频晶体300的入光面上，所述自倍频晶体300用于将所述泵浦光810转变为基频光820；所述自倍频晶体300的入光面和所述基频光820反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光820改变为倍频光830；所述自倍频晶体300和所述基频光820反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。由泵浦激光器发出的泵浦光810首先照射到耦合单元200上，经过耦合单元200的耦合汇聚作用，泵浦光810再照射到自倍频晶体300的入射面上，经过自倍频晶体300后，泵浦光810可以转变为基频光820，然后从自倍频晶体300射出，射出的基频光820在自倍频晶体300和基频光820反射结构之间形成的谐振腔内来回振荡，进而形成了倍频光830。并且，倍频光830经过线宽压窄单元的作用下，倍频光830的线宽被压窄变窄，从而获得了窄线宽的倍频光830，拓宽了自倍频激光发生装置的使用范围。与实施例1不同指出在于，所述线宽压窄单元为双折射滤光片600，所述自倍频激光发生装置包括腔镜700，所述腔镜700位于所述双折射滤光片600的出光面一侧；所述腔镜700朝向所述双折射滤光片600出光面的一面上镀有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够将从所述双折射滤光片600射出的基频光820反射并回到所述自倍频晶体300，且能够允许倍频光830穿过所述第三滤光膜。
本实施例中，起到压窄激光线宽作用的光学元件为双折射滤光片600，腔镜700和第三滤光膜形成基频光820反射结构，但双折射滤光片600无法将基频光820和倍频光830分束，所以需要第三滤光膜的配合。在腔镜700，也就是整个系统的镜头，上镀有第三滤光膜，基频光820无法从第三滤光膜处透过，被反射回到自倍频晶体300内，而倍频光830则可以通过第三滤光膜，从而被加以利用。
综上所述，本发明实施例提供的自倍频激光发生装置，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源100、耦合单元200、自倍频晶体300和基频光820反射结构；所述泵浦激光源100发出的泵浦光810能够经过所述耦合单元200后照射在所述自倍频晶体300的入光面上，所述自倍频晶体300用于将所述泵浦光810转变为基频光820；所述自倍频晶体300的入光面和所述基频光820反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光820改变为倍频光830；所述自倍频晶体300和所述基频光820反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄，线宽压窄单元可以为透射式光栅400或者为双折射滤光片600。由泵浦激光器发出的泵浦光810首先照射到耦合单元200上，经过耦合单元200的耦合汇聚作用，泵浦光810再照射到自倍频晶体300的入射面上，经过自倍频晶体300后，泵浦光810可以转变为基频光820，然后从自倍频晶体300射出，射出的基频光820在自倍频晶体300和基频光820反射结构之间形成的谐振腔内来回振荡，进而形成了倍频光830。并且，倍频光830经过线宽压窄单元的作用下，倍频光830的线宽被压窄变窄，从而获得了窄线宽的倍频光830，拓宽了自倍频激光发生装置的使用范围。
本发明实施例提供的一种激光器，包括上述的自倍频激光发生装置。因为本发明实施例提供的激光器引用了上述的自倍频激光发生装置，所以，本发明实施例提供的激光器也具备自倍频激光发生装置的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种自倍频激光发生装置，其特征在于，所述自倍频激光发生装置包括：依次设置的泵浦激光源、耦合单元、自倍频晶体和基频光反射结构；所述泵浦激光源发出的泵浦光能够经过所述耦合单元后照射在所述自倍频晶体的入光面上，所述自倍频晶体用于将所述泵浦光转变为基频光；
所述自倍频晶体的入光面和所述基频光反射结构之间形成谐振腔，所述谐振腔用于将基频光改变为倍频光；
所述自倍频晶体和所述基频光反射结构之间设置有线宽压窄单元，所述线宽压窄单元用于将通过所述线宽压窄单元的激光压窄。
2.根据权利要求1所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述自倍频晶体的入光面镀有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够透射泵浦光，且反射基频光和倍频光；
所述自倍频晶体的出光面上镀有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射基频光和倍频光。
3.根据权利要求2所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述线宽压窄单元为透射式光栅，由所述自倍频晶体出射面射出的光经过所述透射式光栅能够被所述透射式光栅分成出射方向不同的基频光束和倍频光束；所述基频光反射结构位于所述基频光束的路径上。
4.根据权利要求3所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述基频光反射结构为反射式光栅。
5.根据权利要求4所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述透射式光栅和反射式光栅分别为透射式体布拉格光栅和反射式体布拉格光栅。
6.根据权利要求1所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述自倍频晶体按照倍频转换效率最高的方向被切割。
7.根据权利要求1所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述耦合单元包括耦合镜片。
8.根据权利要求1所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述线宽压窄单元为双折射滤光片，所述自倍频激光发生装置包括腔镜，所述腔镜位于所述双折射滤光片的出光面一侧；
所述腔镜朝向所述双折射滤光片出光面的一面上镀有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够将从所述双折射滤光片射出的基频光反射并回到所述自倍频晶体，且能够允许倍频光穿过所述第三滤光膜。
9.根据权利要求1所述的自倍频激光发生装置，其特征在于，所述泵浦激光源为激光二极管。
10.一种激光器，其特征在于，包括权利要求1－9任意一项所述的自倍频激光发生装置。
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