CN1123104C - 一种同时输出红、绿、蓝三元色的激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同时输出红、绿、蓝三元色的激光器。本发明目的在于克服激光器输出单一波长光的缺陷，从而提供一种在两块谐振腔镜内光路上安置光学超晶格晶体做参量介质和耦合参量介质，组成能同时输出红、绿、蓝三元色激光的激光器，该激光器是结构简单、低阈值、高效率和优质光束的小型全固态激光器。
Description
本发明涉及一种激光装置，特别是一种能同时输出红、绿、兰三元色的激光器。
Robert G.Batchko等人1998年在Opt.Lett.上发表了“采用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，用532nm连续光泵浦的单共振参量激光”的文章，利用四镜系统构成一个环形腔，环形腔光程长116.4cm，腔内用53mm长，3mm宽，0.5mm厚的具有6.5μm极化周期的铌酸锂光学超晶格晶体(PPLN)作为参量激光介质。匹配温度212℃-260℃，得到信号波长：988-917nm，闲置光波长1151-1267nm，效率达40％以上。
Graeme W.Ross等人在1998年Opt.Lett.上发表了“用周期极化的铌酸锂晶体产生高功率的兰光”的文章，用铌酸锂光学超晶格(PPLN)倍频946nm的Nd：YAG激光，产生473nm的兰光，PPLN的极化周期为4.5μm，厚度为0.5mm，946nm的近红外光单次通过PPLN晶体倍频，产生兰光达到450mW功率，转换效率为40％。
以上这两篇文章介绍的用光学超晶格的激光器是单共振激光器和单色光倍频激光器都不能同时输出红、绿、兰三色激光。
其它介质做成的激光器，包括固体、气体、液体激光器以及自由电子激光器等，包括调频和非调频激光器，其输出激光都只能是单色激光或虽是多波长激光但波长之间的间隔小，不能组成三元色，而且系统复杂、体积大。
多波长参量激光器是可以同时输出多波长的，如专利号：94119042，名称：多波长参量激光器，中描写的，由于光折返现象的限制，只有一个波长在可见区，其它波长落在红外和远红外区，在实际应用中受到限制。
本发明的目的：
本发明的目的在于克服原有技术的激光器只能有单一波长激光输出，或虽有多波长，但不能同时输出三元色的激光的缺陷，从而提供一种用光学超晶格晶体做参量介质及耦合参量介质，构成一种高效率的小型全固态的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器。本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的同时输出红、绿、兰三元色激光器，包括激光波长在400-1200纳米范围内的连续或脉冲泵光，两块谐振腔镜和参量介质及耦合参量介质，其特征在于：泵光安置在一块谐振腔镜的前方，参量介质及耦合参量介质是参量光学超晶格晶体，倍频光学超晶格晶体或和频光学超晶格晶体，在两块光学谐振腔镜中间的光路上，按顺序放置一块、二块或三块光学超晶格晶体组成参量光学超晶格晶体和倍频光学超晶格晶体的光学谐振腔，或组成参量光学超晶格晶体及和频光学超晶格晶体的光学谐振腔，或组成参量光学超晶格晶体，倍频光学超晶格晶体及和频光学超晶格晶体的光学谐振腔。
利用光学超晶格材料组成参量光学超晶格晶体和倍频光学超晶格晶体的光学谐振腔，是利用产生参量激光的光学超晶格晶体3，产生倍频的光学超晶格晶体4和光学超晶格晶体5。在波长为532nm的泵浦光作用下，光学超晶格晶体3产生参量激光，其信号光被光学超晶格晶体4倍频成为兰色光，闲置光被光学超晶格晶体5倍频为红色光，加之透过的532nm泵光，输出光为红、绿、兰三元色。本发明实现了三元色激光输出，为多色激光应用奠定了基础，此是直腔双倍频参量激光。若安放一块光学超晶格晶体同时具备参量和双倍频功能，则这个光学超晶格晶体，有三种结构周期，满足产生参量光，倍频信号光和闲置光三种目的，或有两种结构周期，一种产生参量光，一种产生两种倍频光；若安放两块光学超晶格晶体则第一块产生参量光，第二块产生两种倍频光；若按放三块光学超晶格晶体，则第一块产生参量光，第二块倍频信号光，第三块倍频闲置光。在所有情况下，倍频的信号光和闲置光，及透过的泵浦光构成一个三元色激光。
利用光学超晶格材料组成参量光学超晶格晶体及和频光学超晶格晶体的光学谐振腔，是利用产生参量激光的光学超晶格晶体3和产生和频的光学超晶格晶体7。在波长为532nm的泵浦光作用下，光学超晶格晶体3产生参量激光，信号光为红光，光学超晶格晶体7将泵浦光和闲置光和频形成兰光。输出的信号光，和频光及透过的泵浦光形成红、绿、兰三元色激光。
利用光学超晶格材料组成参量光学超晶格晶体，倍频光学超晶格晶体及和频光学超晶格晶体的光学谐振腔，是利用产生参量激光的光学超晶格晶体3，产生倍频的光学超晶格晶体6，及产生和频的光学超晶格晶体7。在波长为1064nm的泵浦光作用下，光学超晶格晶体3产生参量激光，光学超晶格晶体6将泵浦光倍频为532nm的绿光，光学超晶格晶体7将泵浦光及信号光和频形成红光和兰光。输出的倍频光及两种和频光形成红、绿、兰三元色激光。
光学超晶格晶体是人工微结构功能性材料，可以是周期极化的非线性光学晶体，如：钽酸锂晶体(PPTN)、铌酸锂(PPLN)、磷酸钛氧钾晶体(PPKTP)等。光学超晶格的极化周期在1-50微米范围内变化。
本发明还包括在光学超晶格晶体上安置一加热装置，可对其控温和调温，实现调频三元色激光输出。本发明的优越性：
本发明用光学超晶格晶体代换常规使用的非线性光学晶体，从而实现了一块晶体多功能(参量，倍频及和频功能)，且具有低阈值、高效率、优质光束、结构简单和小型全固态的三元色激光器，调整光学超晶格晶体的结构周期，可调整三元色光的强度配比，改变各颜色光的带宽和中心波长，对光学超晶格晶体控温和调温，可实现调频三元色激光输出。本发明适用做激光彩色显示的三元色激光光源，也适用于其他研究和应用领域中作多色激光光源，优越于用多个单色激光光源合成的多色激光源。
下面结合附图及具体实施方案对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的输出红、绿、兰三元色激光器的结构示意图。
图2是本发明的输出红、绿、兰三元色激光器的一种环形腔结构示意图。
图3是本发明的输出红、绿、兰三元色激光器的一种腔外双倍频结构示意图。
图4是本发明的输出红、绿、兰三元色激光器的另一种结构示意图。
图5是本发明的输出红、绿、兰三元色激光器的另一种结构示意图。
图面说明如下：
(1)-谐振腔镜，为多色镜；
(2)-输出端腔镜，为多色镜；
(3)-光学超晶格晶体，产生参量激光；
(4)-光学超晶格晶体，倍频信号光；
(5)-光学超晶格晶体，倍频闲置光；
(6)-光学超晶格晶体，倍频泵浦光；
(7)-光学超晶格晶体，和频泵浦光和参量光；
(8)-泵浦光，泵浦光学超晶格晶体(3)；
(9)-输出的红、绿、兰三元色激光；
(10)-全反射镜，用于构成环形腔；
(11)-全反射镜，用于构成环形腔。
实施例1
按照图1制作一台用三块光学超晶格晶体按顺序安置在谐振腔内组成的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，选用多色镜；全反射参量光和倍频参量光，透过波长为532nm泵浦光的谐振腔镜1；谐振腔镜2为输出端腔镜，全反射参量光，透过三元色激光；一块具有极化周期为8.0μm的光学超晶格晶体3放在两块谐振腔镜1 和2中间，它用532nm光泵浦，产生波长为920nm的信号光和波长为1261nm的闲置光；另一块具有极化周期为5.0μm的光学超晶格晶体4放在光学超晶格晶体3后面，将920nm波长的信号光倍频成460nm的兰光；第三块具有极化周期为12.7μm的光学超晶格晶体5放在光学超晶格晶体4后面，将1261nm波长的闲置光倍频成为630.5nm波长的红光；光学超晶格晶体都用周期极化的钽酸锂(PPLT)μm；光学超晶格晶体3，4，5还可使用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，或其它光学超晶格晶体。
改变光学超晶格晶体3，4，5的各结构周期，可改变三元色激光的强度配比，也可改变各元色激光的波长，对光学超晶格晶体3，4，5进行控温和调温，可实现调频三元色激光输出。
实施例2
按照图2制作一台用三块超晶格晶体按顺序放置在谐振腔内，并在反射镜1、2外再安放反射镜10、11，构成能同时输出红、绿、兰三元色激光的环形腔激光器。反射镜10，11为全反射镜，反射镜1为全反射参量光而透过532nm泵浦光的多色镜；反射镜2为透过双倍频光和532nm的泵浦光，全反射参量光的多色镜；具有极化周期为8.0μm的光学超晶格晶体3为产生参量光的周期极化的钽酸锂光学超晶格晶体(PPLT)；具有极化周期为5.0μm的光学超晶格晶体4为倍频信号光的周期极化的钽酸锂光学超晶格晶体；具有极化周期为12.7μm的光学超晶格晶体5为倍频闲置光的周期极化的钽酸锂光学超晶格晶体(PPLT)。光学超晶格晶体3，4，5还可使用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，或其它光学超晶格晶体。同实施例1类似，可调整光学超晶格晶体的周期结构改变各色波长的强度配比；可控温和调温得到调频三元色激光输出。
实施例3
按照图3制作一台能同时输出红、绿、兰三元色的激光器。谐振腔镜1用多色镜，全反射参量光并透过532nm的泵浦光；反射镜2为输出端腔镜，透射532nm的泵浦光，对参量光的反射率为70％-95％；光学超晶格晶体3是具有极化周期为8.0μm的钽酸锂光学超晶格晶体(PPLT)，在532nm波的泵浦下产生参量光；具有极化周期为5.0μm的光学超晶格晶体4放在谐振腔外，倍频920nm的信号光成为460nm的兰光；具有极化周期为12.7μm的光学超晶格晶体5也放在谐振腔外，倍频1261nm的闲置光成为630.5nm的红光。光学超晶格晶体3，4，5还可使用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，或其它光学超晶格晶体。与实施例1相同，可改变光学超晶格晶体的周期结构，改变各色光的强度配比，对光学超晶格晶体实行控温和调温，可实现调频三元色激光输出。
实施例4
按照图4制作一台能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，谐振腔选用多色镜，全反射参量光及和频光，透过波长为532nm泵浦光的谐振腔镜1；谐振腔镜2为输出端腔镜，全反射参量光，透过三元色激光；具有极化周期为11.2μm的光学超晶格晶体3用532nm光泵浦，产生信号光为650nm的红光及2931nm的闲置光；具有极化周期为7.7μm的光学超晶格晶体7具有和频功能，将泵浦光和闲置光和频成为波长为450nm的兰光；光学超晶格晶体都用周期极化的钽酸锂(PPLT)；光学超晶格晶体3，7还可使用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，或其它光学超晶格晶体。
与实施例1相同，改变光学超晶格晶体3，7的结构周期，可改变三元色激光的强度配比，也可改变各元色激光的波长，对光学超晶格晶体实行控温和调温，可实现调频三元色激光输出。
实施例5
按照图5制作一台能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，谐振腔选用多色镜，全反射参量光及三元色激光，透过波长为1064nm泵浦光的谐振腔镜1；谐振腔镜2为输出端腔镜，全反射参量光和泵浦光，透过三元色激光；具有极化周期为29.8μm的光学超晶格晶体3用1064nm光泵浦，产生波长为1535nm的信号光及波长为3468nm的闲置光；具有极化周期为7.8μm的第二块光学超晶格晶体6具有倍频功能，将1064nm的泵浦光倍频为532nm的绿光；第三块光学超晶格晶体7有两种周期结构，其极化周期分别为12.9μm及5.2μm，光学超晶格晶体7具有双和频功能，能将泵浦光及信号光和频成为波长为628nm的红光，再将信号光及产生的红光和频产生波长为446nm的兰光；超晶格晶体都用周期极化的钽酸锂晶体(PPLT)；光学超晶格晶体3，6，7还可使用周期极化的铌酸锂光学超晶格晶体，或其它光学超晶格晶体。
与实施例1相同，改变光学超晶格晶体3，6，7的结构周期，可改变三元色激光的强度配比，也可改变各元色激光的波长，对光学超晶格晶体实行控温和调温，可实现调频三元色激光输出。
Claims (9)
1、一种能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，包括泵浦光源、两块谐振腔镜和参量介质及耦合参量介质，其特征在于：所述的参量介质和耦合参量介质是具有不同周期结构的光学超晶格晶体，在两块谐振腔镜内顺序安放1-3块光学超晶格晶体，泵光安置在一块谐振腔镜前方组成。
2、按权利要求1所述的能同时输出红、绿、兰三元色激光器，其特征在于：在两块谐振腔镜内顺序安放2块光学超晶格晶体。
3、按权利要求1所述的能同时输出红、绿、兰三元色激光器，其特征在于：在两块谐振腔镜内顺序安放3块光学超晶格晶体。
4、按权利要求1所述的能同时输出红、绿、兰三元色激光器，其特征在于：还包括在两块谐振腔镜内安放1块光学超晶格晶体，和在输出端谐振腔镜的后方放置1块或2块光学超晶格晶体。
5、按权利要求1所述的能同时输出红、绿、兰三元色激光器，其特征于：还包括在第一块谐振腔镜的旁边I方位处安置一块全反镜10，和在输出端腔镜的旁边II方位处安置另一块全反射镜11。
6、按照权利要求1所述的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，其所述的光学超晶格晶体，包括周期极化的钽酸锂晶体、铌酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体及其它周期极化的非线性光学晶体。
7、权利要求书1所述的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，其特征在于：所述的周期极化的光学超晶格晶体的极化周期在1-50微米范围内变化。
8、按照权利要求书1所述的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，其特征还包括所述的光学超晶格晶体放在一控温和调温的装置上。
9、按照权利要求书1所述的能同时输出红、绿、兰三元色的激光器，其特征在于：所述的泵光为波长在400-1200纳米范围内的连续光或脉冲光。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |