CN115799962A - 一种绿光激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种绿光激光器，在第一方向依次包括泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、第一腔镜、增益介质、调Q元件、第二腔镜；在第二方向依次包括第三腔镜、位移电机；在第三方向依次包括第一分光器件、倍频晶体、第四腔镜；所述第三腔镜位于第二腔镜在第二方向的后方，所述第一分光器件位于第一腔镜在第三方向的后方。本申请通过移动位移电机位置带动第三腔镜在第二方向上移动，从而实现腔长的可调节，使得所述绿光激光器在不同输出功率下，可以通过调节腔长，得到适配对应功率输出的腔长，使同一绿光激光器输出多种功率能够稳定持续，进而，得到一种腔长精密可调、兼容多个高低功率交叠稳定输出、高集成度、结构紧凑的绿光激光器。

Description

一种绿光激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地，涉及一种腔长可调、高稳定性的绿光激光器。

背景技术

近年来随着新能源行业日益蓬勃的需求，对前端激光加工技术提出了更高的要求。激光器的稳定性对激光的影响是巨大的，尤其是当激光器用在精密加工中时，腔长对激光器稳定性的影响尤其关键，我们知道谐振腔的稳定性条件是：

激光器腔镜的曲率R1和R2在实际使用中一般是特定的，腔长L可控对激光器使用来说可以极大的提高实际使用效果。高功率固体激光器在实际工作过程中热透镜影响是不可忽视的，传统的固体激光器，在某一特定的状态下可以达到比较稳定的激光输出，当应用端需要使用高低功率交叠出光作业时一台激光器便不再能满足需求，或者当应用端需要不同功率的激光器进行作业时便做不到兼容。绿光激光器因具有较红外更短的波长，拥有更大的光子能量，被广泛应用在精细加工，水晶内雕等领域，其稳定性直接决定了精密加工的成品率。

基于此，有必要发明一种固体绿光激光器，可以得到腔长可调、高稳定性和结构紧凑的绿光输出。

发明内容

本申请的目的在于提供一种绿光激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种绿光激光器，该绿光激光器可以得到腔长可调、高稳定性和结构紧凑的绿光输出的技术效果。该绿光激光器，在第一方向依次包括泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、第一腔镜、增益介质、调Q元件、第二腔镜；在第二方向依次包括第三腔镜、位移电机；在第三方向依次包括第一分光器件、倍频晶体、第四腔镜；所述第三腔镜位于第二腔镜在第二方向的后方，所述第一分光器件位于第一腔镜在第三方向的后方。

所述泵浦源一般为半导体激光器，其会发射808nm/880nm左右的红外光束，所述红外光束经由光纤跳线输出后，再经准直透镜进行准直后的光束经过聚焦透镜时，会被聚焦透镜进行会聚，使其通过第一腔镜后在增益介质内聚焦。即所述泵浦源、光纤跳线、准直透镜和聚焦透镜一起构成本申请的绿光激光器的泵浦耦合模块。

所述调Q元件可以控制形成工作所需要的功率脉冲。

所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜共同构成本申请的绿光激光器的谐振模块，即谐振腔。

本申请的绿光激光器的谐振原理如下：经过第一腔镜的泵浦光在增益介质内发生受激辐射，产生1000-1100nm红外光束，所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜的腔内对应侧面上镀制有反射膜。所述1000-1100nm红外光束，经由第二腔镜、第三腔镜、第四腔镜，再折返至第一腔镜，不断进行反射形成回路。当泵浦源不断提供激励时，1000-1100nm红外光子就在这个回路中不断产生谐振。腔内的1000-1100nm光束在经过腔内的所述倍频晶体时会发生非线性效应，产生500-550nm光束。通过第一分光器件的500-550nm高反膜侧面将所述500-550nm绿光向第四方向高效、稳定输出。

为了匹配绿光激光器产生的高低不同功率，消除不同功率下因热透镜而产生的对谐振腔的稳定性不利的影响，得到高稳定性的绿光输出，所述第三腔镜固定在位移电机上，通过移动位移电机位置带动第三腔镜在第二方向上移动，从而实现腔长的可调节。同时，第三腔镜在第二方向上移动，在调节腔长时，不会改变整个绿光激光器的光路方向，保证绿光输出的稳定性。

本申请通过移动位移电机位置带动第三腔镜在第二方向上移动，从而实现腔长的可调节，使得所述绿光激光器在不同输出功率下，可以通过调节腔长，得到适配对应功率输出的腔长，使同一绿光激光器输出多种功率能够稳定持续，进而，得到一种腔长精密可调、兼容多个高低功率交叠稳定输出、高集成度、结构紧凑的绿光激光器。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的绿光激光器的第一结构示意图；

图2为本申请提供的绿光激光器的第二结构示意图；

图3为本申请提供的绿光激光器的第三结构示意图；

图4为本申请提供的绿光激光器的第四结构示意图；

图5为本申请提供的绿光激光器的第五结构示意图。

附图标记：1、泵浦源，2、准直透镜，3、聚焦透镜，4、第一腔镜，5、增益介质，6、第一小孔光阑，7、调Q元件，8、第二小孔光阑，9、第二腔镜，10、第三腔镜，11、第一闲频光收集器，12、位移电机，13、第三小孔光阑，14、第一分光器件，15、控温模块，16、倍频晶体，17、第四腔镜，18、第二闲频光收集器，19、第四小孔光阑，20、第二分光器件，21、第三分光器件，22、第三闲频光收集器，23、第四闲频光收集器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是对本申请权利范围的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的绿光激光器的第一结构示意图，该绿光激光器，在第一方向依次包括泵浦源1、准直透镜2、聚焦透镜3、第一腔镜4、增益介质5、调Q元件7、第二腔镜9；在第二方向依次包括第三腔镜10、位移电机12；在第三方向依次包括第一分光器件14、倍频晶体16、第四腔镜17；所述第三腔镜10位于第二腔镜9在第二方向的后方，所述第一分光器件14位于第一腔镜4在第三方向的后方。

所述泵浦源1一般为半导体激光器，其会发射808nm/880nm左右的红外光束，所述红外光束经由光纤跳线(图上未示出)输出后，再经准直透镜2进行准直后的光束经过聚焦透镜3时，会被聚焦透镜3进行会聚，使其通过第一腔镜4后在增益介质5内聚焦。即所述泵浦源1、光纤跳线、准直透镜2和聚焦透镜3一起构成本申请的绿光激光器的泵浦耦合模块。

所述第一腔镜4、第二腔镜9、第三腔镜10和第四腔镜17共同构成本申请的绿光激光器的谐振模块，即谐振腔。

本申请的绿光激光器的谐振原理如下：经过第一腔镜4的泵浦光在增益介质5内发生受激辐射，产生1000-1100nm红外光束，该光束经由第二腔镜9反射至第三腔镜10后由第三腔镜10原路折返，再经由第二腔镜9、第一腔镜4反射后在第四腔镜17处进行原路折返，由第四腔镜17处折返的光束再由第一腔镜4进行反射，如此，完成一个回路。腔内的1000-1100nm光束在经过所述倍频晶体16时会发生非线性效应，产生500-550nm光束。当泵浦源1不断提供激励时，1000-1100nm红外光子就在这个回路中不断产生谐振。

为了保证谐振腔的能够高效、稳定正常运作，所述第一腔镜4靠近增益介质5或第一分光器件14的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第二腔镜9靠近调Q元件7或第三腔镜10的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第三腔镜10上靠近第二腔镜9的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第四腔镜17靠近第一分光器件14的一侧面镀有1000-1100nm、500-550nm高反膜。所述第一分光器件14靠近第四腔镜17的一侧面还镀有500-550nm高反膜，通过第一分光器件14的500-550nm高反膜侧面将500-550nm绿光向第四方向高效、稳定输出。

所述调Q元件7可以控制形成所需要的功率脉冲。在具体的实施例中，可使用声光调Q元件。

为了匹配绿光激光器产生的高低不同功率，得到高稳定性的绿光输出，所述第三腔镜10固定在位移电机12上，通过移动位移电机12位置带动第三腔镜10在第二方向上移动，从而实现腔长的可调节。同时，第三腔镜10在第二方向上移动，在调节腔长时，不会改变整个绿光激光器的光路方向，保证绿光输出的稳定性。所述位移电机12为精密位移电机，可通过软件对位移电机12进行移动控制。

优选的方案中，所述第一腔镜4与第一方向和第三方向上的光路均呈60°放置，所述第二腔镜9与第一方向和第二方向上的光路均呈45°放置。所述第二方向和第三方向上的器件均设置在第一方向的同一侧，以上结构设置，可以使得本申请的所述绿光激光器为高集成度、结构紧凑的激光器，同时，在调节腔长时，不会改变整个绿光激光器的光路方向，保证绿光输出的稳定性。

进一步地，为减少光束能量损耗，提高泵浦光透过率，所述准直透镜2、聚焦透镜3、第一腔镜4、增益介质5和所述调Q元件7的前后端面均镀有808/880nm增透膜。

进一步地，为了充分有效利用光束，所述增益介质5、调Q元件7和第一分光器件14的前后端面均镀有1000-1100nm增透膜，所述倍频晶体16的双面均镀有1000-1100nm、500-550nm增透膜。

进一步地，为了提高器件整体工作的稳定性，所述增益介质5上还设有热沉结构，所述热沉结构及时导出增益介质5上的多余热量。

进一步地，请参阅图2，图2为本申请提供的绿光激光器的第二结构示意图，所述倍频晶体16的外部还套设控温模块15，所述控温模块15给倍频晶体16提供一个稳定的温度环境，提高器件整体工作的稳定性。

进一步地，为减小闲频光对谐振的干扰，所述第一腔镜4的双面均镀有500-550nm增透膜，所述第二腔镜9、第三腔镜10的双面均镀有808/880nm增透膜。

进一步地，请参阅图3，图3为本申请提供的绿光激光器的第三结构示意图，为了使得500-550nm绿光更加高效、稳定输出，得到更纯净的500-550nm绿光。该绿光激光器，在图2所示绿光激光器的基础上，还可以包括：第二分光器件20；所述第二分光器件20位于第一分光器件14在第四方向上的后方，与第四方向上的光路呈45°放置，且所述第二分光器件20位于靠近第三腔镜10的一侧。所述第二分光器件20的双面镀有1000-1100nm增透膜，在靠近第一分光器件14的一侧面镀有500-550nm高反膜。所述500-550nm绿光经第一分光器件14反射至第二分光器件20的500-550nm高反膜从第五方向可以将绿光高效、稳定输出。以上结构设置，可以使得本申请的所述绿光激光器为高集成度、结构紧凑的激光器。

所述绿光激光器还可以包括：第三分光器件21，所述第三分光器件21位于所述第二分光器件20在第五方向上的后方远离第一方向的一侧，与第五方向上的光路呈45°放置，且所述第三分光器件的双面镀有1000-1100nm增透膜，在靠近第二分光器件20的一侧面镀有500-550nm高反膜，所述500-550nm绿光经第一分光器件14反射至第二分光器件20后，再经第三分光器件21的500-550nm高反膜从第六方向最终将绿光高效、稳定输出。以上结构设置，可以使得本申请的所述绿光激光器为高集成度、结构紧凑的激光器。

需要说明的是，为了使得500-550nm绿光更加高效、稳定输出，得到更纯净的500-550nm绿光。本申请绿光激光器的设有第二分光器件20，为了得到特别高质量的500-550nm绿光。本申请绿光激光器的需设有第二分光器件20和第三分光器件21。

进一步地，请参阅图4，图4为本申请提供的绿光激光器的第四结构示意图。该绿光激光器，在图3所示的设有第二分光器件20的绿光激光器的基础上，还可以包括：第一小孔光阑6、第二小孔光阑8、第三小孔光阑13、第四小孔光阑19。所述第一小孔光阑6位于所述增益介质5和调Q元件7之间，可起到限模、阻挡非轴上的杂散光提升整个系统光路稳定性的作用；所述第二小孔光阑8位于所述调Q元件7和第二腔镜9之间，可将经调Q元件7后的衍射光进行滤除；所述第三小孔光阑13位于第一腔镜4和第一分光器件14之间，同样，可起到限模、阻挡非轴上的杂散光提升整个系统光路稳定性的作用；所述第四小孔光阑19位于第一分光器件14之间和第二分光器件20之间，可对输出绿光进行限制，提升输出绿光品质。

进一步地，请参阅图5，图5为本申请提供的绿光激光器的第五结构示意图。为减小闲频光对谐振工作的干扰，得到稳定的绿光输出，该绿光激光器，在图4所示绿光激光器的基础上，还包括：第一闲频光收集器11、第二闲频光收集器18、第三闲频光收集器22、第四闲频光收集器23；所述第一闲频光收集器11位于第二腔镜9在第一方向上远离调Q元件7的一侧，主要用于收集808/880nm、500-550nm闲频光；所述第二闲频光收集器18位于第一腔镜4在在第三方向上远离第一分光器件14的一侧，主要收集500-550nm闲频光；所述第三闲频光收集器22位于第一腔镜4在在第四方向上远离第一分光器件14的一侧，主要收集1000-1100nm闲频光；所述第四闲频光收集器23位于第三分光器件21在第五方向上远离第二分光器件20的一侧，主要收集1000-1100nm闲频光。所述第一闲频光收集器11、第二闲频光收集器18、第三闲频光收集器22、第四闲频光收集器23均用于残余基频信号光的吸收和散热，经过这些器件的残余基频信号光和不完全反射的倍频光均会在这些闲频光收集器中被湮灭，提升系统稳定性和输出绿光的纯度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者器件所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者器件中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，以及对本申请中的各个实施例进行组合，这些改进、修饰和组合也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绿光激光器，其特征在于,在第一方向依次包括泵浦源(1)、准直透镜(2)、聚焦透镜(3)、第一腔镜(4)、增益介质(5)、调Q元件(7)、第二腔镜(9)；

在第二方向依次包括第三腔镜(10)、位移电机(12)，所述第三腔镜(10)位于第二腔镜(9)在第二方向的后方；

在第三方向依次包括第一分光器件(14)、倍频晶体(16)、第四腔镜(17)，所述第一分光器件(14)位于第一腔镜(4)在第三方向的后方；

所述泵浦源(1)为半导体激光器，其会发射808nm/880nm的红外光束，所述红外光束经由光纤跳线输出后，再经准直透镜(2)进行准直后的光束经过聚焦透镜(3)时，会被聚焦透镜(3)进行会聚，使其通过第一腔镜(4)后在增益介质(5)内聚焦；

经过第一腔镜(4)的泵浦光在增益介质(5)内发生受激辐射，产生1000-1100nm红外光束，该光束经由第二腔镜(9)反射至第三腔镜(10)后由第三腔镜(10)原路折返，再经由第二腔镜(9)、第一腔镜(4)反射后在第四腔镜(17)处进行原路折返，由第四腔镜(17)处折返的光束再由第一腔镜(4)进行反射，完成一个回路；

腔内的1000-1100nm光束在经过所述倍频晶体(16)时会发生非线性效应，产生500-550nm光束；

所述第一腔镜(4)靠近增益介质(5)或第一分光器件(14)的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第二腔镜(9)靠近调Q元件(7)或第三腔镜(10)的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第三腔镜(10)上靠近第二腔镜(9)的一侧面镀有1000-1100nm高反膜，所述第四腔镜(17)靠近第一分光器件(14)的一侧面镀有1000-1100nm、500-550nm高反膜，所述第一分光器件(14)靠近第四腔镜(17)的一侧面还镀有500-550nm高反膜；

所述第三腔镜(10)固定在位移电机(12)上，通过移动位移电机(12)位置带动第三腔镜(10)在第二方向上移动。

2.根据权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于,所述第一腔镜(4)与第一方向和第三方向上的光路均呈60°放置，所述第二腔镜(9)与第一方向和第二方向上的光路均呈45°放置，所述第二方向和第三方向上的器件均设置在第一方向的同一侧。

3.根据权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于,所述准直透镜(2)、聚焦透镜(3)、第一腔镜(4)、增益介质(5)和所述调Q元件(7)的前后端面均镀有808/880nm增透膜。

4.根据权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于,所述增益介质(5)、调Q元件(7)和第一分光器件(14)的前后端面均镀有1000-1100nm增透膜，所述倍频晶体(16)的双面均镀有1000-1100nm、500-550nm增透膜。

5.根据权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于,所述倍频晶体(16)的外部套设有控温模块(15)。

6.根据权利要求1所述的绿光激光器，其特征在于,所述第一腔镜(4)的双面均镀有500-550nm增透膜，所述第二腔镜(9)、第三腔镜(10)的双面均镀有808/880nm增透膜。

7.根据权利要求5所述的绿光激光器，其特征在于,还可以包括第二分光器件(20)，所述第二分光器件(20)位于第一分光器件(14)在第四方向上的后方，与第四方向上的光路呈45°放置，且所述第二分光器件(20)位于靠近第三腔镜(10)的一侧；

所述第二分光器件(20)的双面镀有1000-1100nm增透膜，在靠近第一分光器件(14)的一侧面镀有500-550nm高反膜，所述500-550nm绿光经第一分光器件(14)反射至第二分光器件(20)的500-550nm高反膜从第五方向输出。

8.如权利要求7所述的绿光激光器，其特征在于，还包括第三分光器件(21)，所述第三分光器件(21)位于所述第二分光器件(20)在第五方向上的后方远离第一方向的一侧，与第五方向上的光路呈45°放置，且所述第三分光器件的双面镀有1000-1100nm增透膜，在靠近第二分光器件(20)的一侧面镀有500-550nm高反膜，所述500-550nm绿光经第一分光器件(14)反射至第二分光器件(20)后，再经第三分光器件(21)的500-550nm高反膜从第六方向输出。

9.如权利要求7所述的绿光激光器，其特征在于，还包括：第一小孔光阑6、第二小孔光阑8、第三小孔光阑(13)、第四小孔光阑(19)；

所述第一小孔光阑6位于所述增益介质(5)和调Q元件(7)之间，所述第二小孔光阑8位于所述调Q元件(7)和第二腔镜(9)之间，所述第三小孔光阑(13)位于第一腔镜(4)和第一分光器件(14)之间，所述第四小孔光阑(19)位于第一分光器件(14)之间和第二分光器件(20)之间。

10.如权利要求9所述的绿光激光器，其特征在于，还包括：第一闲频光收集器(11)、第二闲频光收集器(18)、第三闲频光收集器(22)、第四闲频光收集器(23)；

所述第一闲频光收集器(11)位于第二腔镜(9)在第一方向上远离调Q元件(7)的一侧，所述第二闲频光收集器(18)位于第一腔镜(4)在在第三方向上远离第一分光器件(14)的一侧，所述第三闲频光收集器(22)位于第一腔镜(4)在第四方向上远离第一分光器件(14)的一侧，所述第四闲频光收集器(23)位于第三分光器件(21)在第五方向上远离第二分光器件(20)的一侧。

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