CN110556702B - 一种固体蓝光激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种固体蓝光激光器，包括基频模块，其包括1微米波段固体激光器；倍频模块；受激拉曼模块；和频模块。1微米波段固体激光器产生线偏振脉冲基频激光，通过倍频转换，产生倍频激光；倍频激光与剩余基频激光通过拉曼介质，拉曼介质中主要进行倍频激光的拉曼转换过程，得到的拉曼激光与剩余基频激光共线传播；基频激光与拉曼激光通过和频晶体进行和频转换，产生和频蓝光激光，并通过分光器与其他激光相分离。本发明利用放大性好的1微米波段固体激光为基频光，采用转换效率高的倍频、受激拉曼、和频等频率变换过程获得蓝光激光，解决了现有固体激光产生蓝光激光方法效率低的问题，并具有很好的可放大性。

Description

一种固体蓝光激光器
技术领域
本发明涉及一种蓝光激光器，尤其是涉及一种固体蓝光激光器。
背景技术
蓝光激光在海洋探测、高密度光存储、数字视频技术、彩色激光显示技术、激光制冷、激光医学等民用领域具有广泛的应用。全固态激光器具有体积小、效率高、寿命长、结构紧凑、可靠性好等优点,将其与非线性频率变换技术相结合,可以获得高效率、高输出功率和高光束质量的蓝光输出是目前人们常用的一种获得蓝光输出方法。
获得固体蓝光激光的主要方法主要包括：掺稀土离子的激光介质在0.9微米波段激光倍频产生蓝光,1.3微米波段激光三倍频产生蓝光，0.9微米波段激光与1微米波段激光和频产生蓝光。
掺杂稀土离子的激光介质发射的0.9微米激光倍频可产生蓝光。但0.9微米激光的发射截面约为1微米激光发射截面的1/10，同时，0.9微米波段激光体系为准三能级结构，运转时存在对谱线的重吸收损耗，以上因素限制了其放大性。
掺杂稀土离子的激光介质发射的1.3微米激光通过三倍频同样可以获得蓝光输出。但1.3微米存在与1微米激光竞争问题，可放大性不高。
掺杂稀土离子的激光介质发射的1微米和0.9微米的基频光，通过和频也可以实现蓝光激光输出。激光双振荡不易实现，难以获得大功率激光输出。
利用固体激光非线性光学效应的方案是现阶段蓝光激光器的适宜方案，但现有利用倍频、三倍频、和频的方案都要采用掺杂稀土离子的激光介质受激发射截面较小的0.9微米或1.3微米激光，其放大性有限。因此，以掺杂稀土离子激光介质的1微米谱线作为唯一基频激光的方案，解决了现有固体激光产生蓝光激光方法效率低的问题，并具有很好的可放大性。
发明内容
本发明从获得具有可放大性的蓝光激光出发，提供了一种固体蓝光激光器，提高了蓝光激光的效率并具有很好的可放大性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案：
一种固体蓝光激光器，其特征在于，包括：
基频模块，所述基频模块为1微米波段固体激光器，其产生激光为线偏振脉冲激光；
倍频模块，所述倍频模块至少包括倍频晶体，倍频晶体与基频激光同轴，基频激光通过倍频晶体产生倍频激光，倍频晶体两端镀有对1微米波段激光和倍频激光高透射的膜系；
受激拉曼模块，所述受激拉曼模块至少包括拉曼介质，倍频后激光进入拉曼介质，由于拉曼转换增益系数与入射光波长平方成反比，倍频激光的拉曼转换抑制了基频激光的拉曼转换，因此，拉曼增益池中主要进行倍频激光的受激拉曼转换过程，同时基频激光与产生的拉曼激光共线传播，拉曼介质两端镀有对1微米波段激光、倍频激光和拉曼激光高透射的膜系；
和频模块，所述和频模块至少包括和频晶体与分光器，拉曼后剩余基频激光、剩余倍频激光、拉曼激光进入和频晶体，剩余基频激光与拉曼激光通过和频晶体进行和频转换，产生和频蓝光激光，和频晶体两端镀有对基频激光、拉曼激光与和频激光高透射的膜系，并通过分光器将产生蓝光激光与其他激光相分离。
基于上述方案，进一步优选地，
所述基频模块1为任意能够产生1微米激光的固体激光器，包括但不限于：例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体、掺钕钇铝石榴石陶瓷、掺钕玻璃、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体、掺钕钒酸钇陶瓷、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体、掺镱钇铝石榴石陶瓷、掺钕氟化钇锂(Nd:YLF)晶体、掺钕氟化钇锂陶瓷等。
基于上述方案，进一步优选地，
所述基频模块1产生的1微米激光为线偏振光。
基于上述方案，进一步优选地，
所述基频模块1产生的1微米激光制式为脉冲激光。
基于上述方案，进一步优选地，
所述倍频晶体2可以为磷酸盐、硼酸盐倍频晶体中任意一种。
基于上述方案，进一步优选地，
所述拉曼介质3可以为受激拉曼频移量为3500cm-1～4500cm-1的拉曼介质，包括但不限于氢气、氟化氢气体等。
基于上述方案，进一步优选地，
所述和频晶体4可以为磷酸盐、硼酸盐和频晶体中任意一种。
基于上述方案，进一步优选地，
所述分光器5可以为棱镜或分光镜。
基于上述方案，进一步优选地，
所述分光器5为分光镜时，其前端面镀有对蓝光高透射、对其他光高反射膜系，后端面镀有对蓝光高透射的膜系；或者其前端面镀有对蓝光高反射、对其他光高透射膜系，后端面镀有对其他光高透射的膜系。
本发明的高效率、具有很好可放大性的固体蓝光激光器，相较于现有蓝光激光器，其采用增益高、可放大性好的掺杂稀土离子激光介质的1微米波段激光为基频激光，可获得高效率、具有可放大性的固体蓝光激光。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例1所描述的激光器装置的结构示意图；
图2是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例2所描述的激光器装置的结构示意图；
图3是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例3所描述的激光器装置的结构示意图；
图4是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例4所描述的激光器装置的结构示意图；
图5是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例5所描述的激光器装置的结构示意图；
图6是根据本发明一种高效率、可放大的固体蓝光激光器的实施例中的实施例6所描述的激光器装置的结构示意图；
图中：1、基频模块；2、倍频晶体；3、拉曼介质；4、和频晶体；5、分光器；6、拉曼分光器；7、倍频光束整形系统；8、拉曼光束整形系统；9、和频光束整形系统；11、基频激光；12、倍频激光；13、拉曼激光；14、和频激光
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明提供的一种高效率、可放大的固体蓝光激光器，其包括：基频模块、倍频模块、拉曼模块、和频模块。
所述基频模块为1微米波段固体激光器，其产生激光为线偏振脉冲激光；所述倍频模块至少包括倍频晶体，倍频晶体与基频激光同轴，基频激光通过倍频晶体产生倍频激光，倍频晶体两端镀有对1微米波段激光和倍频激光高透射的膜系；所述受激拉曼模块至少包括拉曼介质，倍频后激光进入拉曼介质，由于拉曼转换增益系数与入射光波长平方成反比，倍频激光的拉曼转换抑制了基频激光的拉曼转换，因此，拉曼增益池中主要进行倍频激光的受激拉曼转换过程，同时基频激光与产生的拉曼激光共线传播，拉曼介质两端镀有对1微米波段激光、倍频激光和拉曼激光高透射的膜系；所述和频模块至少包括和频晶体与分光器，拉曼后剩余基频激光、剩余倍频激光、拉曼激光进入和频晶体，剩余基频激光与拉曼激光通过和频晶体进行和频转换，产生和频蓝光激光，和频晶体两端镀有对基频激光、拉曼激光与和频激光高透射的膜系，并通过分光器将产生蓝光激光与其他激光相分离。
所述基频模块1为任意能够产生1微米激光的固体激光器，包括但不限于：例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体、掺钕钇铝石榴石陶瓷、掺钕玻璃、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体、掺钕钒酸钇陶瓷、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体、掺镱钇铝石榴石陶瓷、掺钕氟化钇锂(Nd:YLF)晶体、掺钕氟化钇锂陶瓷等。
所述基频模块1产生的1微米激光为线偏振光。
所述基频模块1产生的1微米激光制式为脉冲激光。
所述倍频晶体2可以为磷酸盐、硼酸盐倍频晶体中任意一种。
所述拉曼介质3可以为受激拉曼频移量为3500cm-1～4500cm-1的拉曼介质，包括但不限于氢气、氟化氢气体等。
所述和频晶体4可以为磷酸盐、硼酸盐和频晶体中任意一种。
所述分光器5可以为棱镜或分光镜。
所述分光器5为分光镜时，其前端面镀有对蓝光高透射、对其他光高反射膜系，后端面镀有对蓝光高透射的膜系；或者其前端面镀有对蓝光高反射、对其他光高透射膜系，后端面镀有对其他光高透射的膜系。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
图1所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5。基频模块为1微米波段固体激光器，其产生激光为线偏振脉冲激光；倍频模块至少包括倍频晶体，倍频晶体与基频激光同轴，基频激光通过倍频晶体产生倍频激光，倍频晶体两端镀有对1微米波段激光和倍频激光高透射的膜系；受激拉曼模块至少包括拉曼介质，倍频后激光进入拉曼介质，由于拉曼转换增益系数与入射光波长平方成反比，倍频激光的拉曼转换抑制了基频激光的拉曼转换，因此，拉曼增益池中主要进行倍频激光的受激拉曼转换过程，同时基频激光与产生的拉曼激光共线传播，拉曼介质两端镀有对1微米波段激光、倍频激光和拉曼激光高透射的膜系；和频模块至少包括和频晶体与分光器，和频晶体两端镀有对基频激光、拉曼激光与和频激光高透射的膜系，并通过分光器将产生蓝光激光与其他激光相分离。
基频模块1为Nd:YAG调Q脉冲激光器，期望输出的激光波长为1064nm，单脉冲能量为1J，脉冲宽度为10ns，峰值功率为100MW。
倍频晶体2为LBO晶体，其尺寸为10mm×10mm×20mm，两端面镀有对1064nm&532nm高透射的膜系并使用精度为0.1℃的温控仪对其控温。
拉曼介质3为氢气，期望输出的拉曼激光波长为683nm，气体压强为3.5Mpa，拉曼池两端窗口镀有1064nm&532nm&683nm高透射的膜系。
和频晶体4为LBO晶体，其尺寸为10mm×10mm×20mm，两端面镀有对1064nm&683nm&416nm高透射的膜系并使用精度为0.1℃的温控仪对其控温。
分光器为前端面镀有对1064nm&532nm&683nm高反射、416nm高透射膜系，后端面镀有对416nm高透射膜系的分光镜。
实施例2：
图2所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5、倍频光束整形系统7。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于基频激光通过倍频光束整形系统整形后进入倍频晶体，倍频光束整形系统为两端镀有对1微米波段激光高透射膜系的透镜或透镜组，用于对基频激光进行整形，使进入倍频晶体的基频激光具有高功率密度。
实施例3：
图3所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5、拉曼光束整形系统8。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于基频激光与倍频激光通过拉曼光束整形系统整形后进入拉曼介质，拉曼光束整形系统为两端镀有对基频激光、倍频激光高透射膜系的透镜或透镜组，用于对泵浦激光进行整形，使进入拉曼增益池的泵浦激光具有高功率密度。
实施例4：
图4所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5、和频光束整形系统9。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于基频激光、倍频激光与拉曼激光通过和频光束整形系统整形后进入和频晶体，和频光束整形系统为两端镀有对1064nm激光与683nm激光高透射膜系的透镜或透镜组，用于对三束激光进行整形，使进入和频晶体的激光具有高功率密度。
实施例5：
图5所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5、倍频分光器6。
由图可知，本实施例与实施例1不同之处在于拉曼转换后，剩余倍频激光通过拉曼分光器与基频光、拉曼光相分离，拉曼分光器为前端面镀有对532nm高反射、1064nm&683nm高透射膜系，后端面镀有对1064nm&683nm高透射膜系的分光镜。
实施例6：
图6所示：一种高效率、可放大固体蓝光激光器，包括：基频模块1、倍频晶体2、拉曼介质3、和频晶体4、分光器5、倍频分光器6、倍频光束整形系统7、拉曼光束整形系统8、和频光束整形系统9。
由图可知，本实施例与实施例5不同之处在每一次频率转换过程前，都通过相应的光束整形系统对入射光进行整形，使进入频率变换介质的激光具有高功率密度。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种固体蓝光激光器，其特征在于，包括：
基频模块，所述基频模块为1微米波段固体激光器，其产生激光为线偏振脉冲激光；
倍频模块，所述倍频模块至少包括倍频晶体，倍频晶体与基频激光同轴，基频激光通过倍频晶体产生倍频激光，倍频晶体两端镀有对1微米波段激光和倍频激光高透射的膜系；
受激拉曼模块，所述受激拉曼模块至少包括拉曼介质，倍频后激光进入拉曼介质，由于拉曼转换增益系数与入射光波长平方成反比，倍频激光的拉曼转换抑制了基频激光的拉曼转换，因此，拉曼增益池中主要进行倍频激光的受激拉曼转换过程，同时基频激光与产生的拉曼激光共线传播，拉曼介质两端镀有对1微米波段激光、倍频激光和拉曼激光高透射的膜系；
和频模块，所述和频模块至少包括和频晶体与分光器，拉曼后剩余基频激光、剩余倍频激光、拉曼激光进入和频晶体，剩余基频激光与拉曼激光通过和频晶体进行和频转换，产生和频蓝光激光，和频晶体两端镀有对基频激光、拉曼激光与和频激光高透射的膜系，并通过分光器将产生蓝光激光与其他激光相分离；
所述固体蓝光激光器还包括倍频光束整形系统、拉曼光束整形系统以及和频光束整形系统中的一个或多个；
所述倍频光束整形系统用于对基频激光进行整形，使进入倍频晶体的基频激光具有高功率密度；所述拉曼光束整形系统用于对泵浦激光进行整形，使进入拉曼增益池的泵浦激光具有高功率密度；所述和频光束整形系统用于对三束激光进行整形，使进入和频晶体的激光具有高功率密度。
2.根据权利要求1所述的一种固体蓝光激光器，其特征在于，所述基频模块1为任意能够产生1微米激光的固体激光器。
3.根据权利要求2所述的一种固体蓝光激光器，其特征在于，所述能够产生1微米激光的固体激光器包括掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体、掺钕钇铝石榴石陶瓷、掺钕玻璃、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体、掺钕钒酸钇陶瓷、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体、掺镱钇铝石榴石陶瓷、掺钕氟化钇锂(Nd:YLF)晶体或掺钕氟化钇锂陶瓷。
4.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述基频模块1产生的1微米激光为线偏振光。
5.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述基频模块1产生的1微米激光制式为脉冲激光。
6.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述倍频晶体2可以为磷酸盐、硼酸盐倍频晶体中任意一种。
7.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述拉曼介质3为受激拉曼频移量为3500cm-1～4500cm-1的拉曼介质。
8.根据权利要求7所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述受激拉曼频移量为3500cm-1～4500cm-1的拉曼介质包括氢气、氟化氢气体。
9.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述和频晶体4可以为磷酸盐、硼酸盐和频晶体中任意一种。
10.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于，所述分光器5可以为棱镜或分光镜。
11.根据权利要求1所述的固体蓝光激光器，其特征在于分光器5为分光镜时，其前端面镀有对蓝光高透射、对其他光高反射膜系，后端面镀有对蓝光高透射的膜系；或者其前端面镀有对蓝光高反射、对其他光高透射膜系，后端面镀有对其他光高透射的膜系。
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