CN117673883A - 一种蓝光固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝光固体激光器，包括：激光生成模块，用于利用Nd:YVO4(掺钕钒酸钇)激光晶体产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光；激光分离模块，用于从所述激光生成模块中分离出447nm的蓝光激光。本发明提供的蓝光固体激光器具有较高的放大性能。
Description
技术领域
本发明属于蓝光激光器领域，具体涉及一种蓝光固体激光器。
背景技术
四百纳米波段的蓝光激光器在科研、医学、工业、军事等领域具有重要的用途和广泛的应用前景，该波段的激光在水中吸收率极低，同时在有色金属、陶瓷、半导体、金刚石的吸收率较高，因此非常适合工业应用。
现有技术中，蓝光激光器大多为GaN(氮化镓)或InGaN(铟镓氮)半导体激光器，但此类半导体激光器是单芯片单模输出，不仅输出功率低，且仅为连续发光模式，即便耦合至千瓦级也以多模为主，无法做到精细加工，稳定性较差。固体激光器具有体积小、效率高、寿命长、结构紧凑、可靠性好等优点，是另一种可获得蓝光输出的激光器种类。目前有以下三种方法实现蓝光固体激光器：
1、利用掺稀土离子的激光介质在0.9微米波段激光倍频产生蓝光；
2、利用掺杂稀土离子的激光介质发射1.3微米波段激光，然后三倍频产生蓝光；
3、利用掺杂稀土离子的激光介质发射1微米和0.9微米的基频光，然后通过和频产生蓝光。
但是，利用上述三种方法实现的蓝光固体激光器的放大性能有限，因此急需一种具有较高放大性能的蓝光固体激光器。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种蓝光固体激光器。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种蓝光固体激光器，包括：
激光生成模块，用于利用Nd:YVO4激光晶体产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光；
激光分离模块，用于从所述激光生成模块中分离出447nm的蓝光激光。
可选地，所述激光生成模块包括沿光路方向依次排布的泵浦光源、准直透镜、Nd:YVO4激光晶体、光调制器、和频晶体、倍频晶体和反射镜；
其中，所述泵浦光源用于产生808nm~888nm的泵浦光；所述Nd:YVO4激光晶体镀有对808nm~888nm、1064nm以及1342nm的激光增透的膜系；所述反射镜镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜；所述光调制器对1064nm和342nm的激光增透；所述倍频晶体用于利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，所述和频晶体用于利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的激光。
可选地，所述激光分离模块，包括：第一分光镜和第二分光镜；
所述第一分光镜位于所述光调制器和所述和频晶体之间，所述第一分光镜用于从所述激光生成模块中分离出671nm和447nm的激光；
所述第二分光镜，用于从所述第一分光镜分离出的671nm和447nm的激光中分离出447nm的蓝光激光。
可选地，所述激光生成模块还包括：凸面镜；
所述凸面镜位于所述准直透镜和所述Nd:YVO4激光晶体之间；所述凸面镜镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜。
可选地，所述蓝光固体激光器还包括：驱动电源；
所述驱动电源，用于为所述泵浦光源提供电源，还用于控制所述泵浦光源的功率。
可选地，所述蓝光固体激光器还包括：驱动器控制电路；
所述驱动器控制电路，用于驱动所述光调制器实现调Q，使得所述蓝光固体激光器输出蓝光激光脉冲。
可选地，所述蓝光固体激光器还包括：主控电路；
所述主控电路，用于对所述蓝光固体激光器的工作状态进行监控与控制。
可选地，所述蓝光固体激光器还包括：散热结构；所述散热结构用于实现所述蓝光固体激光器的散热。
本发明提供的蓝光固体激光器，利用Nd:YVO4(掺钕钒酸钇)激光晶体产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光。由此，本发明通过抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光来提高1342nm的激光的增益，使得利用该1342nm的激光倍频再和频后产生的蓝光激光具有较高的增益，提高了蓝光固体激光器的放大性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种蓝光固体激光器的结构示意图；
图2是图1所示蓝光固体激光器的一种具体结构的示意图；
图3是图1所示蓝光固体激光器的另一种具体结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了提高蓝光固体激光器的放大性能，本发明实施例提供了一种蓝光固体激光器，如图1所示，该蓝光固体激光器包括：激光生成模块和激光分离模块。
激光生成模块，用于利用Nd:YVO4激光晶体产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光。
在一种实现方式中，参见图2所示，该激光生成模块，可以包括：沿光路方向依次排布的泵浦光源、准直透镜、Nd:YVO4激光晶体C1、光调制器C2、和频晶体C3、倍频晶体C4和反射镜M2；图2中未示出泵浦光源和准直透镜。
其中，泵浦光源用于产生808nm~888nm的泵浦光，该泵浦光源可以是半导体泵浦光源，当然并不局限于此；Nd:YVO4激光晶体C1镀有对808nm~888nm、1064nm以及1342nm的激光增透的膜系；反射镜M2镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜；光调制器C2对1064nm和342nm的激光增透；倍频晶体C4用于利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光；可以理解的是，不同的切割角度会影响倍频晶体C4的非线性光学性能，进而影响倍频效果，本发明实施例中对倍频晶体C4进行角度切割，使其能够用于1342nm的激光的二倍频；和频晶体C3用于利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的激光。
具体的，泵浦光源产生的808nm~888nm的泵浦光经过准直透镜的准直后聚焦到Nd:YVO4激光晶体C1端面，使Nd:YVO4激光晶体C1吸收，产生自发辐射形成振荡，形成1064nm和1342nm的激光，其中Nd:YVO4激光晶体C1产生的1342nm的激光的增益系数远低于1064nm。光调制器C2对1064nm和342nm的激光增透，故1064nm和1342nm的激光经过光调制器C2、和频晶体C3、倍频晶体C4到达反射镜M2；反射镜M2对671nm、1342nm的激光高反、对1064nm的激光增透，故反射镜M2反射1342nm的激光、吸收1064nm的激光，使得1064nm的激光从Nd:YVO4激光晶体C1和反射镜M2之间的谐振腔体中透出，而1342nm的激光则返回至谐振腔体中，被倍频晶体C4二倍频产生671nm的激光，然后和频晶体C3利用671nm的激光和1342nm的激光和频产生447nm的激光。
在另一种实现方式中，参见图3所示，激光生成模块，还可以包括：凸面镜M1；该凸面镜M1位于准直透镜和Nd:YVO4激光晶体C1之间；该凸面镜M1镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜。
由此，Nd:YVO4激光晶体C1产生的1064nm的激光还可以被凸面镜M1吸收，进一步抑制了1064nm的激光的增益。并且，该凸面镜M1还可以用来补偿Nd:YVO4激光晶体C1的热透镜效应，从而避免Nd:YVO4激光晶体C1的表面发生热形变。
激光分离模块，用于从激光生成模块中分离出447nm的蓝光激光。
示例性的，在一种实现方式中，激光分离模块，可以包括：第一分光镜M3和第二分光镜M4。
其中，如图2和图3中所示的，第一分光镜M3位于光调制器C2与和频晶体C4之间，该第一分光镜M3用于从激光生成模块中分离出671nm和447nm的激光。第二分光镜M4，用于从第一分光镜M3分离出的671nm和447nm的激光中分离出447nm的蓝光激光。在实际的蓝光固体激光器中，第一分光镜M3和第二分光镜M4之间可以通过光纤连接和/或准直透镜连接。
在另一种实现方式中，激光分离模块，可以包括：光耦合器和至少一个分光镜，其中光耦合器用于从激光生成模块中耦合多种波长的激光；该至少一个分光镜则用于从光耦合器耦合出来的多种波长的激光中分离出447nm的蓝光激光。
本发明实施例提供的蓝光固体激光器，利用Nd:YVO4激光晶体C1产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体C1产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光。由此，本发明通过抑制Nd:YVO4激光晶体C1产生的1064nm的激光来提高1342nm的激光的增益，使得利用该1342nm的激光倍频再和频后产生的蓝光激光具有较高的增益，提高了蓝光固体激光器的放大性能。
本发明实施例提供的蓝光固体激光器的结构简单，成本小，其依靠多个晶体实现蓝光激光输出，不依赖拉曼介质的非线性频移，因此在本发明实施例中晶体的老化并不会导致蓝光固体激光器输出的蓝光激光产生严重的频率偏差，而拉曼介质则受晶体老化影响严重，容易导致蓝光激光产生严重的频率偏差。
在一个实施例中，上述蓝光固体激光器还可以包括：驱动电源；该驱动电源，用于为泵浦光源提供电源，还用于控制泵浦光源的功率。由此，便可以灵活控制蓝光固体激光器所产生的蓝光激光的功率。
在一个实施例中，上述蓝光固体激光器还可以包括：驱动器控制电路；该驱动器控制电路，用于驱动光调制器C2实现调Q，使得蓝光固体激光器输出蓝光激光脉冲。由此，利用该驱动光调制器C2可以灵活调控蓝光固体激光器输出的蓝光激光脉冲的宽度和频率。
在一个实施例中，上述蓝光固体激光器还可以包括：主控电路；该主控电路，用于对蓝光固体激光器的工作状态进行监控与控制，例如监控驱动电源和驱动器控制电路是否正常工作。或者当蓝光固体激光器中配备激光检测模块时，还可以对蓝光固体激光器输出的蓝光激光进行监控。
在一个实施例中，上述蓝光固体激光器还可以包括：散热结构；该散热结构用于实现蓝光固体激光器的散热。
可以理解的是，在实际的蓝光固体激光器中，Nd:YVO4激光晶体C1、泵浦光源、驱动电源、驱动器控制电路等都会产生热量，因此通过在蓝光固体激光器中使用散热结构，可以帮助蓝光固体激光器散热，从而确保蓝光固体激光器的各个部件不会因高温影响而产生性能上的变差。
可选地，该散热结构可以包括水冷散热结构，其具体结构只需与蓝光固体激光器的各部件的位置和安装方式契合、能够实现有效散热即可，本发明实施例对此不做限定。
综上，本发明实施例利用激光晶体的多波长辐射特性，通过对谐振腔中的反射镜M2、凸面镜M1镀膜来抑制Nd:YVO4激光晶体C1产生的1064nm的激光，达到了对激光波长进行筛选的效果，使得1064nm的激光透射出谐振腔不形成谐振，由此获得了高增益的1342nm的激光，并经调制后得到脉冲激光。以非线性频率变换技术为基础，利用倍频晶体C4对1342nm的激光二倍频获得671nm的激光，并利用和频晶体C3对1342nm与671nm的激光和频获得了447nm的蓝光激光输输出，该蓝光固体激光器的结构简单，可满足精细加工需求，且具有较低的制造成本。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在本发明的描述中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外,相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种蓝光固体激光器，其特征在于，包括：
激光生成模块，用于利用Nd:YVO4激光晶体产生1342nm的激光，同时抑制Nd:YVO4激光晶体产生的1064nm的激光，利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的蓝光激光；
激光分离模块，用于从所述激光生成模块中分离出447nm的蓝光激光。
2.根据权利要求1所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述激光生成模块包括沿光路方向依次排布的泵浦光源、准直透镜、Nd:YVO4激光晶体、光调制器、和频晶体、倍频晶体和反射镜；
其中，所述泵浦光源用于产生808nm~888nm的泵浦光；所述Nd:YVO4激光晶体镀有对808nm~888nm、1064nm以及1342nm的激光增透的膜系；所述反射镜镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜；所述光调制器对1064nm和342nm的激光增透；所述倍频晶体用于利用1342nm的激光二倍频产生671nm的激光，所述和频晶体用于利用1342nm的激光和671nm的激光和频产生447nm的激光。
3.根据权利要求2所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述激光分离模块，包括：第一分光镜和第二分光镜；
所述第一分光镜位于所述光调制器和所述和频晶体之间，所述第一分光镜用于从所述激光生成模块中分离出671nm和447nm的激光；
所述第二分光镜，用于从所述第一分光镜分离出的671nm和447nm的激光中分离出447nm的蓝光激光。
4.根据权利要求2所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述激光生成模块还包括：凸面镜；
所述凸面镜位于所述准直透镜和所述Nd:YVO4激光晶体之间；所述凸面镜镀有对671nm和1342nm的激光高反的膜系以及对1064nm的激光增透的膜。
5.根据权利要求2所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述蓝光固体激光器还包括：驱动电源；
所述驱动电源，用于为所述泵浦光源提供电源，还用于控制所述泵浦光源的功率。
6.根据权利要求2所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述蓝光固体激光器还包括：驱动器控制电路；
所述驱动器控制电路，用于驱动所述光调制器实现调Q，使得所述蓝光固体激光器输出蓝光激光脉冲。
7.根据权利要求1所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述蓝光固体激光器还包括：主控电路；
所述主控电路，用于对所述蓝光固体激光器的工作状态进行监控与控制。
8.根据权利要求1所述的蓝光固体激光器，其特征在于，所述蓝光固体激光器还包括：散热结构；所述散热结构用于实现所述蓝光固体激光器的散热。
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