CN115149384A - 一种色度可调的全固态三色激光系统 - Google Patents

一种色度可调的全固态三色激光系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种色度可调的全固态三色激光系统，其结构包括808nm泵浦源、Nd:YAP激光晶体、LBO倍频晶体、KTP和频晶体、Dy3+离子激活的激光晶体以及447nm波长的反射镜组；通过所述808nm泵浦源泵浦Nd:YAP激光晶体以产生1342nm波长的荧色激光，再通过LBO倍频晶体与KTP和频晶体分别采用倍频与和频技术以产生447nm波长的蓝色激光，该447nm波长的蓝色激光产生的能量一部分用于抽运掺Dy3+离子激活的激光晶体以产生583nm波长的黄色激光，447nm波长的蓝色激光产生的另一部分能量经447nm波长的反射镜组输出，并与583nm波长的黄色激光在空间上重叠形成白色激光。采用上述技术方案后，本发明提供的全固态三色激光系统，具有结构紧凑牢固，抗干扰能力强，激光光束质量优良的优点。

Description

一种色度可调的全固态三色激光系统
技术领域
本发明涉及白光激光显示技术领域，尤其涉及一种色度可调的全固态三色激光系统。
背景技术
白光激光器在科学研究、照明显示、通信技术、信息技术、激光医疗等多领域具有广泛的实际应用价值，获得了人们的强烈关注。由于激光单色性的限制，目前用于实现白光激光的方法主要是通过不同的单色激光进行混合调色，但工艺结构复杂及其稳定性仍有待提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种结构紧凑、可在常温下使用，且蓝－黄－白光色度值可调的全固态三色激光系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：其结构包括808nm泵浦源、Nd:YAP激光晶体、LBO倍频晶体、KTP和频晶体、Dy3+离子激活的激光晶体以及447nm波长的反射镜组；通过所述808nm泵浦源泵浦Nd:YAP激光晶体以产生1342nm波长的荧色激光，再通过LBO倍频晶体与KTP和频晶体分别采用倍频与和频技术以产生447nm波长的蓝色激光，该447nm波长的蓝色激光产生的能量一部分用于抽运掺Dy3+离子激活的激光晶体以产生583nm波长的黄色激光，447nm波长的蓝色激光产生的另一部分能量经447nm波长的反射镜组输出，并与583nm波长的黄色激光在空间上重叠形成白色激光；通过控制半波片的角度以来调节蓝光与黄光的输出功率比值，进而能够使得蓝－黄－白色度值在447nm与583nm的色度点连线上可调节；808nm泵浦源以侧面聚焦所述Nd:YAP激光晶体的方式以使生成1342nm波长的荧色激光。
优选的，还包括半波片、偏振分光棱镜和耦合透镜，所述半波片设置在KTP和频晶体的右侧上，所述偏振分光棱镜设置在半波片与耦合透镜之间。
优选的，所述Nd:YAP激光晶体放置在808nm泵浦源内。
优选的，还包括能够对1342nm波长的荧色激光进行震荡加强的第一谐振腔，所述第一谐振腔包括激光全反镜、第一折叠腔镜、第二折叠腔镜和激光输出镜，所述激光全反镜设置在808nm泵浦源的左侧上，所述第一折叠腔镜设置在808nm泵浦源的右侧上，所述第二折叠腔镜设置在LBO倍频晶体与第一折叠腔镜之间，所述激光输出镜设置在KTP和频晶体与半波片之间。
优选的，还包括能够对583nm波长的黄色激光进行震荡加强的第二谐振腔，所述第二谐振腔包括黄光激光前镜和黄光激光输出镜，所述黄光激光前镜设置在耦合透镜的右侧上，所述黄光激光输出镜设置在Dy3+离子激活的激光晶体的右侧上。
优选的，所述LBO倍频晶体一类相位匹配切割角为(86.1°，0°)，KTP和频晶体二类相位匹配切割角为(78.7°,0°)。
优选的，所述激光全反镜上镀有1342nm高反膜，所述第一折叠腔镜上镀有1342nm高反膜，所述第二折叠腔镜上镀有1342nm高反膜和671nm高反膜，所述激光输出镜镀有1342nm高反膜和447nm增透膜，所述Nd:YAP激光晶体通光面镀有1342nm、671nm、447nm的增透膜。
优选的，所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜上均镀有447nm的高反膜，第三反射镜上镀有447nm的高反膜和583nm的增透膜，所述黄光激光前镜上镀有447nm的增透膜和583nm的高反膜，所述黄光激光输出镜上镀有583nm部分透过率的介质膜。
优选的，所述Dy3+离子激活的激光晶体为可用于直接产生黄光波段的掺Dy离子或包含Dy离子的双掺和多掺激光晶体。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的一种色度可调的全固态三色激光系统，具有其结构紧凑牢固，抗干扰能力强，激光光束质量优良的优点。
2、本发明可通过旋转半波片角度调节蓝光与黄光的输出功率比值，进而在色度谱中447nm与583nm色度点连线上的色度值范围内蓝－黄－白色度值可调，从而在一个激光系统上实现色度可调的三色激光具有蓝－黄－白色激光色度值可调节的优点。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种色度可调的全固态三色激光系统的结构示意图；
图2为本发明一种色度可调的全固态三色激光系统的色度连线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例
如图1和图2所示，一种色度可调的全固态三色激光系统，其结构包括808nm泵浦源、Nd:YAP激光晶体2、LBO倍频晶体6、KTP和频晶体7、Dy3+离子激活的激光晶体13以及447nm波长的反射镜组；通过所述808nm泵浦源泵浦Nd:YAP激光晶体2以产生1342nm波长的荧色激光，再通过LBO倍频晶体6与KTP和频晶体7分别采用倍频与和频技术以产生447nm波长的蓝色激光，该447nm波长的蓝色激光产生的能量一部分用于抽运掺Dy3+离子激活的激光晶体13以产生583nm波长的黄色激光，447nm波长的蓝色激光产生的另一部分能量经447nm波长的反射镜组输出，并与583nm波长的黄色激光在空间上重叠形成白色激光。其中，可通过泵浦源斩波或者在谐振腔内放置相应的调Q元件使得三色激光运转于脉冲模式；808nm泵浦源的为808nm半导体激光器侧泵模组。
进一步的，还包括半波片9、偏振分光棱镜10和耦合透镜11，半波片9设置在KTP和频晶体7的右侧上，偏振分光棱镜10设置在半波片9与耦合透镜11之间。
进一步的，通过控制半波片9的角度以来调节蓝光与黄光的输出功率比值，进而能够使得蓝－黄－白色度值在447nm与583nm的色度点连线上可调节。
进一步的，Nd:YAP激光晶体2放置在808nm泵浦源1内；其中，808nm泵浦源以侧面聚焦Nd:YAP激光晶体2的方式以使生成1342nm波长的荧色激光。
进一步的，还包括能够对1342nm波长的荧色激光进行震荡加强的第一谐振腔，第一谐振腔包括激光全反镜3、第一折叠腔镜4、第二折叠腔镜5和激光输出镜8，激光全反镜3设置在808nm泵浦源1的左侧上，第一折叠腔镜4设置在808nm泵浦源1的右侧上，第二折叠腔镜5设置在LBO倍频晶体6与第一折叠腔镜4之间，激光输出镜8设置在KTP和频晶体7与半波片9之间。
进一步的，还包括能够对583nm波长的黄色激光进行震荡加强的第二谐振腔，第二谐振腔包括黄光激光前镜12和黄光激光输出镜14，黄光激光前镜12设置在耦合透镜11的右侧上，黄光激光输出镜14设置在Dy3+离子激活的激光晶体13的右侧上。
进一步的，LBO倍频晶体6一类相位匹配切割角为(86.1°，0°)，KTP和频晶体7二类相位匹配切割角为(78.7°,0°)。
进一步的，激光全反镜3上镀有1342nm高反膜，第一折叠腔镜4上镀有1342nm高反膜，第二折叠腔镜5上镀有1342nm高反膜和671nm高反膜，激光输出镜8镀有1342nm高反膜和447nm增透膜，Nd:YAP激光晶体2通光面镀有1342nm、671nm、447nm的增透膜。
进一步的，反射镜组包括第一反射镜15、第二反射镜16和第三反射镜17，第一反射镜15和第二反射镜16上均镀有447nm的高反膜，第三反射镜17上镀有447nm的高反膜和583nm的增透膜，黄光激光前镜12上镀有447nm的增透膜和583nm的高反膜，黄光激光输出镜14上镀有583nm波段透过率T＝1-3％的介质膜。
进一步的，Dy3+离子激活的激光晶体13为可用于直接产生黄光波段的掺Dy离子或包含Dy离子的双掺和多掺激光晶体。
工作原理：
808nm泵浦源以侧面泵浦的方式激励激光晶体2以产生1342nm波长的荧色激光，再由激光全反镜3、第一折叠腔镜4、第二折叠腔镜5、激光输出镜8组成的1342nm基频光谐振腔内振荡加强，1342nm波长的荧色激光在谐振腔内经过一类相位匹配切割角为(86.1°，0°)的LBO倍频晶体6产生671nm波长的红色激光，1342nm波长的荧色激光与671nm波长的红色激光经过二类相位匹配切割角为(78.7°,0°)的KTP和频晶体7产生以447nm波长的蓝色激光。447nm波长的蓝色激光从激光输出镜8输出射入半波片9中，通过偏振分光棱镜10分为水平与竖直两路激光：水平方向激光激励掺Dy3+离子激活的激光晶体13产生580nm荧光，该荧光在由黄光激光输入镜12和黄光激光输出镜14组成的谐振腔内振荡加强输出黄色激光；竖直方向激光经过反射镜组输出，与水平方向输出的黄色激光在光路空间重叠进而形成白光激光。通过旋转半波片9角度调节447nm激光在水平和竖直方向上的功率比值，使最终输出的激光在447nm与580nm的色度连线上色度可调。本发明具有结构简单紧凑、蓝－黄－白三色度值可调、可在常温下使用的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：其结构包括808nm泵浦源、Nd:YAP激光晶体、LBO倍频晶体、KTP和频晶体、Dy3+离子激活的激光晶体以及447nm波长的反射镜组；通过所述808nm泵浦源泵浦Nd:YAP激光晶体以产生1342nm波长的荧色激光，再通过LBO倍频晶体与KTP和频晶体分别采用倍频与和频技术以产生447nm波长的蓝色激光，该447nm波长的蓝色激光产生的能量一部分用于抽运掺Dy3+离子激活的激光晶体以产生583nm波长的黄色激光，447nm波长的蓝色激光产生的另一部分能量经447nm波长的反射镜组输出，并与583nm波长的黄色激光在空间上重叠形成白色激光；通过控制半波片的角度以来调节蓝光与黄光的输出功率比值，进而能够使得蓝－黄－白色度值在447nm与583nm的色度点连线上可调节；808nm泵浦源以侧面聚焦所述Nd:YAP激光晶体的方式以使生成1342nm波长的荧色激光。
2.根据权利要求1所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：还包括半波片、偏振分光棱镜和耦合透镜，所述半波片设置在KTP和频晶体的右侧上，所述偏振分光棱镜设置在半波片与耦合透镜之间。
3.根据权利要求1所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：所述Nd:YAP激光晶体放置在808nm泵浦源内。
4.根据权利要求1所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：还包括能够对1342nm波长的荧色激光进行震荡加强的第一谐振腔，所述第一谐振腔包括激光全反镜、第一折叠腔镜、第二折叠腔镜和激光输出镜，所述激光全反镜设置在808nm泵浦源的左侧上，所述第一折叠腔镜设置在808nm泵浦源的右侧上，所述第二折叠腔镜设置在LBO倍频晶体与第一折叠腔镜之间，所述激光输出镜设置在KTP和频晶体与半波片之间。
5.根据权利要求5所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：还包括能够对583nm波长的黄色激光进行震荡加强的第二谐振腔，所述第二谐振腔包括黄光激光前镜和黄光激光输出镜，所述黄光激光前镜设置在耦合透镜的右侧上，所述黄光激光输出镜设置在Dy3+离子激活的激光晶体的右侧上。
6.根据权利要求6所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：所述LBO倍频晶体一类相位匹配切割角为(86.1°，0°)，KTP和频晶体二类相位匹配切割角为(78.7°,0°)。
7.根据权利要求7所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：所述激光全反镜上镀有1342nm高反膜，所述第一折叠腔镜上镀有1342nm高反膜，所述第二折叠腔镜上镀有1342nm高反膜和671nm高反膜，所述激光输出镜镀有1342nm高反膜和447nm增透膜，所述Nd:YAP激光晶体通光面镀有1342nm、671nm、447nm的增透膜。
8.根据权利要求1所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜上均镀有447nm的高反膜，第三反射镜上镀有447nm的高反膜和583nm的增透膜，所述黄光激光前镜上镀有447nm的增透膜和583nm的高反膜，所述黄光激光输出镜上镀有583nm部分透过的介质膜。
9.根据权利要求1所述的一种色度可调的全固态三色激光系统，其特征在于：所述Dy3+离子激活的激光晶体为可用于直接产生黄光波段的掺Dy离子或包含Dy离子的双掺和多掺激光晶体。
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