CN112260051B - 一种1342nm红外固体激光器 - Google Patents

一种1342nm红外固体激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1342nm红外固体激光器，包括激光电源、水冷却系统和光学谐振腔，泵浦光聚焦到激光晶体端面，产生自发辐射形成振荡，振荡光以13°入射至凸面镜，并由凸面镜反射至声光调制器形成稳定的脉冲激光后，以0°入射至第一反射镜进行筛选，并由第一反射镜反射回凸面镜后，以13°入射至第二反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以13°入射至第三反射镜进行筛选，并由第三反射镜反射，以0°入射至输出镜透射成为1342nm单频激光；本发明利用激光晶体的多波长辐射特性，通过对5镜谐振腔内采取镜片镀膜的方式抑制其他波长的谐振，获得所需波长1342nm谐振光并经调制后得到脉冲激光，提高了所需波长的单色性。

Description

一种1342nm红外固体激光器
技术领域
本发明属于固体激光器自动化控制的领域，具体讲是一种基于半导体泵浦且用于硅基半导体芯片隐形切割的1342nm红外固体激光器。
背景技术
采用棒状晶体作为激光工作物质的固态激光器极难通过小芯径的光纤获得高功率激光输出；究其原因，在高泵浦功率下晶体棒的中心区域因泵浦光的叠加会形成极高温度，而晶体棒的表面作为散热面其温度较低，因此晶体棒的径向存在极高的温度梯度，会在晶体内部形成极强的折射率梯度而导致严重的热透镜效应，此时的晶体棒相当于一个随着泵浦功率的增加，屈光度不断变大的透镜。在高功率激光谐振腔中主要使用对称结构的平平谐振腔，输出功率随着热透镜的不断变大存在一个最高值，之后当热透镜焦距小于谐振腔光学长度的四分之一时，谐振腔进入非稳区导致输出功率锐减，激光器的光束质量则随着晶体棒热透镜的变大呈现出先变差再变好的趋势，在激光器的额定功率处光束质量极好而在中功率段光束质量最差；1342nm波段的激光器在科研、医学、工业、军事等领域具有重要的用途和广泛的应用前景，该波长激光接近石英光纤低色散、低损耗的波长区域，在医疗、通信、光传感等领域具有广阔的应用。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种1342nm红外固体激光器及其装置；该1342nm红外固体激光器利用激光晶体的多波长辐射特性，通过对5镜谐振腔内采取镜片镀膜的方式抑制其他波长的谐振，获得所需波长1342nm谐振光并经调制后得到脉冲激光，提高了所需波长的单色性。
本发明公开了一种1342nm红外固体激光器，包括用于提供激光晶体受激辐射的激光电源、用于对激光器进行散热的水冷却系统和光学谐振腔，所述光学谐振腔包括第一平凸透镜、第二平凸透镜、凸面镜、激光晶体、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、声光调制器及输出镜；
所述的第一平凸透镜和第二平凸透镜的凸面相对，构成耦合系统；
入射至耦合系统的泵浦光经耦合系统耦合后，聚焦到激光晶体端面，使激光晶体吸收，产生自发辐射形成振荡，振荡光以13°入射至凸面镜，并由凸面镜反射至声光调制器形成稳定的脉冲激光后，以0°入射至第一反射镜进行筛选，并由第一反射镜反射回凸面镜后，以13°入射至第二反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以13°入射至第三反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以0°入射至输出镜透射出去成为1342nm单频激光。
进一步，所述激光电源包括主控电路、半导体模块驱动电路和Q驱动器控制电路；所述主控电路用于监控及控制系统各部分工作状态，所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号用于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，Q驱动器控制电路用于驱动亚纳秒种子源。
进一步，所述泵浦光功率可由驱动电源直接控制，所述泵浦光功率设置为40～60W。
进一步，所述的第一平凸透镜和第二平凸透镜表面均镀有808nm高透膜，焦距为25mm～50mm，直径为12.7mm。
进一步，所述的凸面镜一面同时镀有对1064nm泵浦光和1342nm振荡光高反膜。
进一步，所述的第一反射镜一面同时镀有对1064nm泵浦光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第一反射镜对1064nm的透过率为99％，厚度为6mm，所述的第二反射镜一面同时镀有对1064nm光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第二反射镜对1064nm光的透过率为99％，厚度为6mm；所述的第三反射镜一面同时镀有对1064nm光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第三反射镜对1064nm光的透过率为99％，厚度为6mm。
进一步，所述的输出镜对1342nm振荡光的透过率为30％，厚度为6mm。
进一步，所述的激光晶体采用Nd:YVO4(矾酸钇)晶体，晶体长度为10mm～20mm，且所述的Nd:YVO4晶体中Nd离子掺杂的原子百分数为0.2％～0.3％，所述的Nd:YVO4晶体表面镀有对808nm～1342nm高透膜。
本发明具有如下优点：
本发明1342nm红外固体激光器利用激光晶体的多波长辐射特性，通过对5镜谐振腔内采取镜片镀膜的方式抑制其他波长的谐振，获得所需波长1342nm谐振光并经调制后得到脉冲激光，提高了所需波长的单色性。
附图说明
图1为本发明一种1342nm红外固体激光器的结构示意图。
附图说明：1-第一平凸透镜；2-第二平凸透镜；3-凸面镜；4-激光晶体；5-声光调制器；6-第一反射镜；7-第二反射镜；8-第三反射镜；9-输出镜。
具体实施方式
下面将结合附图1对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明公开了一种1342nm红外固体激光器，包括用于提供激光晶体受激辐射的激光电源、用于对激光器进行散热的水冷却系统和光学谐振腔，所述光学谐振腔包括第一平凸透镜1、第二平凸透镜2、凸面镜3、激光晶体4、第一反射镜6、第二反射镜7、第三反射镜8、声光调制器5及输出镜9；
所述的第一平凸透镜1和第二平凸透镜2的凸面相对，构成耦合系统；
入射至耦合系统的泵浦光经耦合系统耦合后，聚焦到激光晶体端面，使激光晶体吸收，产生自发辐射形成振荡，振荡光以13°入射至凸面镜，并由凸面镜反射至声光调制器形成稳定的脉冲激光后，以0°入射至第一反射镜进行筛选，并由第一反射镜反射回凸面镜后，以13°入射至第二反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以13°入射至第三反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以0°入射至输出镜透射出去成为1342nm单频激光。
本实施例利用激光晶体的多波长辐射特性，泵浦光经第一平凸透镜1和第二平凸透镜2准直聚焦后注入激光晶体端面；凸面镜3、第一反射镜6；第二反射镜7；第三反射镜8和输出镜9共同组成5镜谐振腔，凸面镜3，用于补偿激光晶体4的热透镜效应，输出镜9，用于输出1342nm激光，第一反射镜6；第二反射镜7和第三反射镜8均为平面反射镜，均镀膜为1342nm高反和1064nm增透膜，用于抑制1064nm谐振，筛选1342nm激光；声光调制器5，用于产生纳秒激光脉冲，通过对5镜谐振腔内采取镜片镀膜的方式抑制其他波长的谐振，获得所需波长1342nm谐振光并经调制后得到脉冲激光，提高了所需波长的单色性。
优选的实施方式，所述激光电源包括主控电路、半导体模块驱动电路和Q驱动器控制电路；所述主控电路用于监控及控制系统各部分工作状态，所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号用于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，Q驱动器控制电路用于驱动亚纳秒种子源，本实施例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；
优选的实施方式，所述泵浦光功率可由驱动电源直接控制，所述泵浦光功率设置为40～60W，本实施例例结构中光-光转换效率约50％，可以获得超过20W的1342nm激光功率。
优选的实施方式，所述的第一平凸透镜和第二平凸透镜表面均镀有808nm高透膜，焦距为25mm～50mm，直径为12.7mm。
优选的实施方式，所述的凸面镜一面同时镀有对1064nm光和1342nm振荡光高反膜。
优选的实施方式，所述的第一反射镜一面同时镀有对1064nm泵浦光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第一反射镜对1064nm的透过率为99％，厚度为6mm，所述的第二反射镜一面同时镀有对1064nm光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第二反射镜对1064nm光的透过率为99％，厚度为6mm；所述的第三反射镜一面同时镀有对1064nm光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第三反射镜对1064nm光的透过率为99％，厚度为6mm，本实施例第一反射镜6；第二反射镜7和第三反射镜8采用特殊镀膜镜片，对自发辐射的激光波长进行筛选，其他波长透射出谐振腔不形成谐振，1342nm波长反射回谐振腔进行谐振产生稳定的1342nm激光，且保证了较好的单色性。
优选的实施方式，所述的输出镜对1342nm振荡光的透过率为30％，厚度为6mm，本实施例中输出镜9为30％透过率的输出镜，用于输出稳定的1342nm脉冲激光。
优选的实施方式，所述的激光晶体采用Nd:YVO4(矾酸钇)晶体，晶体长度为10mm～20mm，且所述的Nd:YVO4晶体中Nd离子掺杂的原子百分数为0.2％～0.3％，所述的Nd:YVO4晶体表面镀有对808nm～1342nm高透膜。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种1342nm红外固体激光器，包括用于提供激光晶体受激辐射的激光电源、用于对激光器进行散热的水冷却系统和光学谐振腔，其特征在于：所述光学谐振腔包括第一平凸透镜、第二平凸透镜、凸面镜、激光晶体、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、声光调制器及输出镜；
所述的第一平凸透镜和第二平凸透镜的凸面相对，构成耦合系统；
入射至耦合系统的泵浦光经耦合系统耦合后，聚焦到激光晶体端面，使激光晶体吸收，产生自发辐射形成振荡，振荡光以13°入射至凸面镜，并由凸面镜反射至声光调制器形成稳定的脉冲激光后，以0°入射至第一反射镜进行筛选，并由第一反射镜反射回凸面镜后，以13°入射至第二反射镜进行筛选，并由第二反射镜反射，以13°入射至第三反射镜进行筛选，并由第三反射镜反射，以0°入射至输出镜透射出去成为1342nm单频激光；
所述的第一平凸透镜和第二平凸透镜表面均镀有808nm高透膜，焦距为25mm～50mm，直径为12.7mm；
所述的凸面镜一面同时镀有对1064nm泵浦光和1342nm振荡光高反膜，
所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均设置为平面反射镜。
2.根据权利要求1所述的一种1342nm红外固体激光器，其特征在于：所述激光电源包括主控电路、半导体模块驱动电路和Q驱动器控制电路；所述主控电路用于监控及控制系统各部分工作状态，所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号用于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，Q驱动器控制电路用于驱动亚纳秒种子源。
3.根据权利要求2所述的一种1342nm红外固体激光器，其特征在于：所述泵浦光功率可由驱动电源直接控制，所述泵浦光功率设置为40～60W。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种1342nm红外固体激光器，其特征在于：所述的第一反射镜一面同时镀有对1064nm泵浦光高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第一反射镜对1064nm振荡光的透过率为99％，厚度为6mm，所述的第二反射镜一面同时镀有对1064nm高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第二反射镜对1064nm泵浦光的透过率为99％，厚度为6mm；所述的第三反射镜一面同时镀有对1064nm高透膜和对1342nm振荡光高反膜，第三反射镜对1064nm泵浦光的透过率为99％，厚度为6mm。
5.根据权利要求1所述的一种1342nm红外固体激光器，其特征在于：所述的输出镜对1342nm振荡光的透过率为30％，厚度为6mm。
6.根据权利要求1所述的一种1342nm红外固体激光器，其特征在于：所述的激光晶体采用Nd:YVO4晶体，晶体长度为10mm～20mm，且所述的Nd:YVO4晶体中Nd离子掺杂的原子百分数为0.2％～0.3％，所述的Nd:YVO4晶体表面镀有对808nm～1342nm高透膜。
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