CN112003120B - 一种连续光532nm绿光激光器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续光532nm绿光激光器及其控制方法，该激光器包括：激光源和激光谐振腔，激光谐振腔包括：谐振光路、倍频光路和分光光路；激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至倍频光路，激光源输出的激光方向为入射光路方向；倍频光路包括至少两个串联的倍频晶体，对谐振光进行倍频产生532nm激光后输出至分光光路；分光光路包括分色镜，分色镜将谐振光和倍频的532nm激光分离后输出532nm激光；串联的多级倍频方案可以显著提高倍频转换效率，解决激光器在低峰值功率下的倍频效率较低的问题。

Description

一种连续光532nm绿光激光器及其控制方法

技术领域

本发明涉及固体激光器领域，尤其涉及一种连续光532nm绿光激光器及其控制方法。

背景技术

532nm固体激光器由于具有光束质量高，功率稳定，结构紧凑，使用寿命长等优点而被广泛用于各个领域，基于腔内倍频的脉冲绿光激光器已经比较成熟。

但在某些特定领域，脉冲绿光无法满足应用需求，必须采用连续绿光。在这种需求下，高转换效率的连续532nm绿光激光器成为开发的重点。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种连续光532nm绿光激光器及其控制方法，解决现有技术中激光器在低峰值功率下的倍频效率较低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种连续光532nm绿光激光器，所述激光器包括：激光源和激光谐振腔，所述激光谐振腔包括：谐振光路、倍频光路和分光光路；

所述激光源输出的激光经过所述谐振光路后产生谐振光输出至所述倍频光路，所述激光源输出的激光方向为入射光路方向；

所述倍频光路包括至少两个串联的倍频晶体，对所述谐振光进行倍频产生532nm激光后输出至所述分光光路；所述分光光路包括分色镜，所述分色镜将所述谐振光和倍频的532nm激光分离后输出所述532nm激光。

一种连续光532nm绿光激光器的控制方法，所述方法包括：

步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定；

步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过双透镜或单透镜准直系统，聚焦到所述激光晶体的端面，使所述激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光；

步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配所述激光谐振腔的工作状态使所述激光谐振腔处在设定的最佳工作模式；通过所述倍频光路和分光光路产生并输出532nm绿激光；

步骤4，通过调制所述AOM开关，实现激光输出的开关。

本发明的有益效果是：包括至少两个串联的倍频晶体组成的倍频光路，可以将波长为532nm倍数的激光倍频后输出532nm激光，该串联的多级倍频方案可以显著提高倍频转换效率，以输入1064nm激光为例，在半导体模块功率一百瓦的条件下，通过谐振光路可获得超过50W的1064nm红外光功率，最终可获得不低于20W的连续532nm激光，解决激光器在低峰值功率下的倍频效率较低的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述谐振光路包括准直系统、平凸镜M1、激光晶体C1和平面全反镜M2；所述平凸镜M1和激光晶体C1设置在所述入射光路上；

所述激光经过所述准直系统准直后射入所述平凸镜M1的平面，所述平凸镜M1在所述入射光路上倾斜设置，所述激光晶体C1和所述平面全反镜M2设置在靠近所述平凸镜M1的凸面的一侧，所述平面全反镜M2设置在所述平凸镜的倾斜方向的延伸光路上。

进一步，所述分色镜M4设置在所述入射光路上，一面为透射面，另一面为分色面；

所述谐振光路输出的谐振光射入所述分色镜的透射面，所述分色镜相对于所述入射光路倾斜设置，所述倍频光路设置在靠近所述分色面的一端且位于所述入射光路上，对所述谐振光进行倍频后返回至所述分色面。

进一步，所述倍频光路包括依次设置在所述入射光路上的倍频晶体C1、倍频晶体C2和平面全反镜M3；

透射过所述分色镜M4的激光依次经过所述倍频晶体C1和倍频晶体C2倍频后再经过所述平面全反镜M3进行全反射后返回至所述分色面。

进一步，倍频后的谐振光射入倾斜设置的所述分色镜M4后的射出光的光路上设置有532nm全反镜M5，所述射出光经过所述532nm全反镜M5转折后生成的出射光路与所述入射光路平行。

进一步，所述出射光路上还设置有AOM开关。

进一步，所述激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、AOM驱动器、AOM控制电路和高精度温度控制电路；所述主控电路控制连接所述半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；

所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动所述半导体模块发出泵浦光；

所述AOM控制电路输出开关控制信号作用于AOM驱动器，所述AOM驱动器输出对应的射频信号作用在所述AOM开关上通过超声波场的衍射效应实现光开关作用；

所述高精度温控系统用于对所述半导体模块和所述倍频光路进行温度控制。

进一步，所述激光器还包括水冷却系统，所述水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明实施例提供的一种连续光532nm绿光激光器，通过平凸镜M1、平面全反镜M2和分色镜M4组成的V型三镜谐振腔，可以得到超过五十瓦的连续红外激光，再通过两级腔内倍频，获得超过20W的连续532nm激光，该两级腔内倍频通过平面全反镜M3设置返回光路，使整个激光器系统体积小，能够节约成本；设置AOM开关，作为光开关位于输出端口，通过衍射产生光束偏移实现开关作用；激光器还包括水冷却系统，水冷却系统由外部水冷机提供恒温循环洁净水，通过激光器内按实际工况布置的水道对激光器金属结构、激光晶体、AOM、AOM驱动器、LD模块、电路板进行散热，通过井字形水道覆盖所有热源，可比常规的单水道得到更佳的冷却效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器的激光谐振腔的实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器的控制方法的实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器，包括：激光源和激光谐振腔，激光谐振腔包括：谐振光路、倍频光路和分光光路。

激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至倍频光路，激光源输出的激光方向为入射光路方向。

倍频光路包括至少两个串联的倍频晶体，对谐振光进行倍频产生532nm激光后输出至分光光路；分光光路包括分色镜，分色镜将谐振光和倍频的532nm激光分离后输出532nm激光。

本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器，包括至少两个串联的倍频晶体组成的倍频光路，可以将波长为1064nm的激光倍频后输出532nm激光，该串联的多级倍频方案可以显著提高倍频转换效率，以输入1064nm激光为例，在半导体模块功率一百瓦的条件下，通过谐振光路可获得超过50W的1064nm红外光功率，最终可获得不低于20W的连续532nm激光，解决激光器在低峰值功率下的倍频效率较低的问题。

实施例1

如图1所示为本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器的激光谐振腔的实施例的结构示意图，由图1可知，激光器包括：激光源和激光谐振腔，激光谐振腔包括：谐振光路、倍频光路和分光光路。

激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至倍频光路，激光源输出的激光方向为入射光路方向。

倍频光路包括至少两个串联的倍频晶体，对谐振光进行倍频产生532nm激光后输出至分光光路；分光光路包括分色镜，分色镜将谐振光和倍频的532nm激光分离后输出532nm激光。

优选的，谐振光路包括准直系统、平凸镜M1、激光晶体C1和平面全反镜M2；平凸镜M1和激光晶体C1设置在入射光路上。

激光经过准直系统准直后射入平凸镜M1的平面，平凸镜M1在入射光路上倾斜设置，激光晶体C1和平面全反镜M2设置在靠近平凸镜M1的凸面的一侧，该凸面作为谐振腔镜面，用于补偿激光晶体C1的热透镜；平面全反镜M2设置在平凸镜的倾斜方向的延伸光路上，作为谐振腔的一个尾镜。

该准直系统可以为双透镜或单透镜准直系统，图1给出的实施例中准直系统为透镜F1和透镜F2组成的泵浦光准直系统，半导体模块发出的泵浦光经过双透镜或单透镜准直系统，聚焦到激光晶体C1的端面，使激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光。

优选的，分色镜M4设置在入射光路上，一面为透射面，另一面为分色面。

谐振光路输出的谐振光射入分色镜的透射面，分色镜相对于入射光路倾斜设置，倍频光路设置在靠近分色面的一端且位于入射光路上，对谐振光进行倍频后返回至分色面。

倍频光路包括依次设置在入射光路上的倍频晶体C1、倍频晶体C2和平面全反镜M3。

透射过分色镜M4的激光依次经过倍频晶体C1和倍频晶体C2倍频后再经过平面全反镜M3进行全反射后返回至分色面，该平面全反镜M3用于调整光学谐振腔。

倍频后的谐振光射入倾斜设置的分色镜M4后的射出光的光路上设置有532nm全反镜M5，射出光经过532nm全反镜M5转折后生成的出射光路与入射光路平行。

本发明实施例提供的一种连续光532nm绿光激光器，通过平凸镜M1、平面全反镜M2和分色镜M4组成的V型三镜谐振腔，可以得到超过五十瓦的连续红外激光，再通过两级腔内倍频，获得超过20W的连续532nm激光，该两级腔内倍频通过平面全反镜M3设置返回光路，使整个激光器系统体积小，能够节约成本。

出射光路上还设置有AOM(acousticopticalmodulator,声光调制器)开关，作为光开关位于输出端口，通过衍射产生光束偏移实现开关作用。

激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、AOM驱动器、AOM控制电路和高精度温度控制电路；主控电路控制连接半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；主控电路主要功能是监控及控制系统各部分工作状态。

半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动半导体模块发出泵浦光，泵浦光为激光晶体受激辐射的光源，泵浦光功率可由驱动电源直接控制。

AOM控制电路输出开关控制信号作用于AOM驱动器，AOM驱动器输出对应的射频信号作用在AOM开关上通过超声波场的衍射效应实现光开关作用。

高精度温控系统用于对半导体模块和倍频光路进行温度控制，维持温度稳定范围不超过正负0.1℃，并且可由串口与主控板进行通信以实现实时温度监控和控制。

进一步，激光器还包括水冷却系统，水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。

水冷却系统由外部水冷机提供恒温循环洁净水，通过激光器内按实际工况布置的水道对激光器金属结构、激光晶体、AOM、AOM驱动器、LD模块、电路板进行散热。该部分重点为水道的布局对水冷效果的影响，通过井字形水道覆盖所有热源，可比常规的单水道得到更佳的冷却效果。

实施例2

本发明提供的实施例2为本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器的激光谐振腔的控制方法的实施例，该如图2所示为本发明提供的一种连续光532nm绿光激光器的控制方法的实施例的流程图，由图2可知，该控制方法的实施例包括：

步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定。

步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过双透镜或单透镜准直系统，聚焦到激光晶体的端面，使激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光。

步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配激光谐振腔的工作状态使激光谐振腔处在设定的最佳工作模式，如功率/稳定性，光学模式为TEM00基模；通过倍频光路和分光光路产生并输出532nm绿激光。

步骤4，通过调制AOM开关，实现激光输出的开关，满足应用需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种连续光532nm绿光激光器，其特征在于，所述激光器包括：激光源和激光谐振腔，所述激光谐振腔包括：谐振光路、倍频光路和分光光路；

所述激光源输出的激光经过所述谐振光路后产生谐振光输出至所述倍频光路，所述激光源输出的激光方向为入射光路方向；

所述倍频光路包括至少两个串联的倍频晶体，对所述谐振光进行倍频产生532nm激光后输出至所述分光光路；所述分光光路包括分色镜，所述分色镜将所述谐振光和倍频的532nm激光分离后输出所述532nm激光；

所述谐振光路包括准直系统、平凸镜M1、激光晶体C1、平面全反镜M2和分色镜M4；所述平凸镜M1和激光晶体C1设置在所述入射光路上；

所述激光经过所述准直系统准直后射入所述平凸镜M1的平面，所述平凸镜M1在所述入射光路上倾斜设置，所述激光晶体C1和所述平面全反镜M2设置靠近在所述平凸镜M1的凸面的一侧，所述平面全反镜M2设置在所述平凸镜的倾斜方向的延伸光路上；

所述分色镜M4设置在所述入射光路上，一面为透射面，另一面为分色面；

所述谐振光路输出的谐振光射入所述分色镜的透射面，所述分色镜相对于所述入射光路倾斜设置，所述倍频光路设置在靠近所述分色面的一端且位于所述入射光路上，对所述谐振光进行倍频后返回至所述分色面；

所述倍频光路包括依次设置在所述入射光路上的倍频晶体C2、倍频晶体C3和平面全反镜M3；

透射过所述分色镜M4的激光依次经过所述倍频晶体C2和倍频晶体C3倍频后再经过所述平面全反镜M3进行全反射后返回至所述分色面。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

倍频后的谐振光射入倾斜设置的所述分色镜M4后的射出光的光路上设置有532nm全反镜M5，所述射出光经过所述532nm全反镜M5转折后生成的出射光路与所述入射光路平行。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述出射光路上还设置有AOM开关。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、AOM驱动器、AOM控制电路和高精度温度控制电路；所述主控电路控制连接所述半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；

所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动所述半导体模块发出泵浦光；

所述AOM控制电路输出开关控制信号作用于AOM驱动器，所述AOM驱动器输出对应的射频信号作用在所述AOM开关上通过超声波场的衍射效应实现光开关作用；

所述高精度温控系统用于对所述半导体模块和所述倍频光路进行温度控制。

5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括水冷却系统，所述水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的激光器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定；

步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过所述准直系统，聚焦到所述激光晶体的端面，使所述激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光；

步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配所述激光谐振腔的工作状态使所述激光谐振腔处在设定的最佳工作模式；通过所述倍频光路和分光光路产生并输出532nm绿激光；

步骤4，通过调制AOM开关，实现激光输出的开关。

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