CN112260050A - 一种高阶横模绿光固体激光器 - Google Patents

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胡友友
李瑞峰
窦健泰
刘俊
赵明琳
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Abstract

本发明公开了一种高阶横模绿光固体激光器，包括依次布设的泵浦源、准直聚焦系统、激光谐振腔系统和模式监测系统，激光谐振腔系统的谐振腔包括入射腔镜和多个输出镜，所述的入射腔镜采用倾斜设置，入射腔镜和多个输出镜之间分别构成不同的输出端，其中一条输出端上设有第一晶体和第一输出镜，另一条输出端上设有第二晶体和第二输出镜，第一输出镜的输出端设有模式监测系统，泵浦光经准直聚焦系统和入射腔镜后入射到第一晶体表面，第一晶体产生的高阶横模进行腔内振荡，并分别通过第一输出镜和第二输出镜输出。本发明可以实现绿光波段的高阶横模激光输出，结构简单，体积小，有利于小型化集成化，方便实际应用。

Description

一种高阶横模绿光固体激光器
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，尤其涉及一种高阶横模绿光固体激光器。
背景技术
激光高阶横模因其独特的空间结构分布，在操纵微粒、激光加工、通信传输等领域有着重要的作用。常见的激光高阶横模有拉盖尔-高斯模式、因斯-高斯模式和厄米特-高斯模式等。高阶模式的产生有很多方式，激光谐振腔腔外产生高阶横模通常采用空间光调制的方法，主要是利用液晶空间光调制器，但液晶的损伤阈值较低，很难实现高功率输出。而通过腔内直接产生的高阶横模模式更加纯净，更容易实现高功率输出。
目前绿光波段的激光在医学治疗、精密加工、海洋通信等领域有着广泛的应用。首先，绿光可以作为紫外、深紫外激光器的泵浦源，这是目前最广泛且直接有效产生紫外和深紫外激光的方法。其次，人眼对绿光的敏感度高，可以利用绿光波长的脉冲激光进行眼科手术治疗。此外，海水对蓝绿光的衰减比其它波段光的衰减小的多，存在通光窗口，使得绿光波段的激光在水下远距离通讯和激光水下探测变为可能。产生绿光波段的高阶横模，将拓宽高阶横模的应用范围。目前产生绿光波段的高阶横模激光器主要存在以下问题：(1)主要采用腔外倍频的方式，但腔外倍频的转化效率较低。而腔内倍频输出产生的绿光激光器主要是基模输出。(2)高阶横模激光器还存在实时观测和应用的冲突问题，高阶横模激光器通常只有一个输出端，无法做到实时检测的同时进行激光加工等实际应用。若同时进行观测和应用，需要在激光谐振腔外利用分束镜进行分束，此时将导致激光能量的损耗。因此设计一种高阶横模激光器能同时实现模式监测和应用具有重要的意义。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种激光横模模式可调的高阶横模绿光固体激光器。
技术方案：本发明包括依次布设的泵浦源、准直聚焦系统、激光谐振腔系统和模式监测系统，所述激光谐振腔系统的谐振腔包括入射腔镜和多个输出镜，所述的入射腔镜采用倾斜设置，入射腔镜和多个输出镜之间分别构成不同的输出端，其中一条输出端上设有第一晶体和第一输出镜，另一条输出端上设有第二晶体和第二输出镜，第一输出镜的输出端设有模式监测系统，泵浦光经准直聚焦系统和入射腔镜后入射到第一晶体表面，第一晶体产生的高阶横模进行腔内振荡，并分别通过第一输出镜和第二输出镜输出。
所述的泵浦源采用光纤耦合激光二极管。
所述的准直聚焦系统包括依次设置的第一透镜和第二透镜。
所述的泵浦源、第一透镜和第二透镜固定于同一调整架上，其中，第一透镜对倍频光的反射率高于第二透镜对倍频光的反射率。
所述的入射腔镜镀有介质膜。
所述的第一输出镜选用平凹透镜，其凹面镀有介质膜。
所述的第二输出镜选用平面透镜，其输出面镀有介质膜。
所述的第一输出镜对绿光的反射率高于第二输出镜对绿光的反射率。
所述的第一晶体采用激光晶体，所述的第二晶体采用倍频晶体。
所述的模式监测系统采用CCD实时监测。
有益效果：本发明可以实现绿光波段的高阶横模激光输出，绿光作为海洋传输窗口，可以使得高阶横模在海洋探测等方面更有优势；解决了模式监测和实时应用相互冲突的问题；结构简单，体积小，有利于小型化、集成化，方便实际应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括依次布设的泵浦源1、准直聚焦系统、激光谐振腔系统和模式监测系统。泵浦源1采用808nm的光纤耦合激光二极管；准直聚焦系统包括依次设置的第一透镜2和第二透镜3。其中，第一透镜2为凸透镜，焦距选取8mm；第二透镜为凸透镜，焦距选取50mm，第一透镜2对532nm倍频光的反射率高于第二透镜3对倍频光的反射率。泵浦源1的光纤输出端和第一透镜2、第二透镜3位于同一光轴上，泵浦源1、第一透镜2和第二透镜3固定于同一三维调整架上，通过调整三维调整架的位置来改变泵浦光焦点偏离光轴的距离。
激光谐振腔系统的谐振腔采用折叠结构，该折叠腔的中心光轴夹角为90°，谐振腔包括与水平面呈45°设置的入射腔镜4和两个呈90°分布的输出镜，入射腔镜4和两个输出镜之间分别构成两条不同的输出端，其中一条输出端上设有掺Nd3+离子的激光晶体5和第一输出镜6，另一条输出端上设有倍频晶体8和第二输出镜9，激光晶体5选用长度5mm、掺杂浓度为1at.％的Nd:YAG晶体，倍频晶体8选用KTP晶体。第一输出镜6的输出端设有模式监测系统，模式监测系统采用CCD7进行实时监测，用于采集低功率的绿光激光图样，采集的模式图样可通过计算机直接观测。
入射腔镜4选用K9平面玻璃，表面镀有对808nm泵浦光45°高透(透过率大于99％)、对1064nm激光和532nm倍频光45°高反(反射率大于99.5％)的介质膜；第一输出镜6选用平凹透镜，凹面镀有对1064nm激光高反、对532nm倍频光反射率为15％的介质膜，第二输出镜9选用平面透镜，输出面镀有对1064nm激光高反、对532nm倍频光反射率为10％的介质膜。
泵浦源1产生的泵浦光经第一透镜2、第二透镜3和入射腔镜4后垂直入射到激光晶体5表面，其中，泵浦光焦点位于激光晶体5的入射面，通过改变泵浦光入射到激光晶体5表面的位置来调整输出激光模式。当泵浦光与第一输出镜6的中心轴线重合时，输出基模高斯光束；缓慢增加泵浦光偏离第一输出镜6中心轴线的距离，首先出现两个瓣状的HG10模式，随着离轴距离的增大，将输出高阶激光横模，输出模式为高阶的厄米特高斯(HG)模式和因斯高斯(IG)模式。当泵浦光足够强时，偏移距离越大，模式阶数越高。当偏移距离固定，泵浦光增强，模式阶数越大。本发明可以通过调节泵浦功率和泵浦位置获得阶数可控的因斯高斯模式和厄米特高斯模式的绿光激光。
泵浦光首先激励激光晶体5，产生1064nm波长的高阶横模进行腔内振荡，再通过倍频晶体8获得532nm波长的高阶横模，由于谐振腔对1064nm波长的激光高反，因此只有532nm的绿光输出。高阶横模绿光通过第一输出镜6和第二输出镜9两个方向输出，且输出相同的激光模式。由于第一输出镜6对绿光的反射率高于第二输出镜9对绿光的反射率，因此第一输出镜6输出的绿光功率要小于第二输出镜9输出的绿光。第一输出镜6输出的绿光入射到CCD7上，用于实时观测光斑形状。第二输出镜9输出的绿光用于实际应用。

Claims (10)

1.一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，包括依次布设的泵浦源(1)、准直聚焦系统、激光谐振腔系统和模式监测系统，所述激光谐振腔系统的谐振腔包括入射腔镜(4)和多个输出镜，所述的入射腔镜(4)采用倾斜设置，入射腔镜(4)和多个输出镜之间分别构成不同的输出端，其中一条输出端上设有第一晶体和第一输出镜(6)，另一条输出端上设有第二晶体和第二输出镜(9)，第一输出镜(6)的输出端设有模式监测系统，泵浦光经准直聚焦系统和入射腔镜(4)后入射到第一晶体表面，第一晶体产生的高阶横模进行腔内振荡，并分别通过第一输出镜(6)和第二输出镜(9)输出。
2.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的泵浦源(1)采用光纤耦合激光二极管。
3.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的准直聚焦系统包括依次设置的第一透镜(2)和第二透镜(3)。
4.根据权利要求3所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的泵浦源(1)、第一透镜(2)和第二透镜(3)固定于同一调整架上，其中，第一透镜(2)对倍频光的反射率高于第二透镜(3)对倍频光的反射率。
5.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的入射腔镜(4)镀有介质膜。
6.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的第一输出镜(6)选用平凹透镜，其凹面镀有介质膜。
7.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的第二输出镜(9)选用平面透镜，其输出面镀有介质膜。
8.根据权利要求1或6所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的第一输出镜(6)对绿光的反射率高于第二输出镜(9)对绿光的反射率。
9.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的第一晶体采用激光晶体(5)，所述的第二晶体采用倍频晶体(8)。
10.根据权利要求1所述的一种高阶横模绿光固体激光器，其特征在于，所述的模式监测系统采用CCD(7)实时监测。
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