CN1269275C

CN1269275C - Ld端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器

Info

Publication number: CN1269275C
Application number: CN 200410039213
Authority: CN
Inventors: 张治国; 李平雪; 李德华; 傅盘铭; 聂玉昕
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: CN1558476A

Abstract

本发明公开了一种LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，该激光器包括泵源、光学耦合系统、激光谐振腔；采用端面泵浦方式；激光谐振腔为直线腔结构，由激光谐振腔输入端镜、激光增益介质、倍频晶体、激光谐振腔输出端镜组成，其中输入端镜可通过在激光增益介质的泵浦端面上直接镀膜而使输入端镜和激光增益介质合而为一，激光增益介质的另一端面及倍频晶体两个端面上均镀增透膜，输出端镜上同样进行镀膜处理。本发明利用激光晶体可在⁴F_3/2-⁴I_9/2能级跃迁实现激光运转的特性，采用复合激光棒技术，通过对谐振腔镜合理的膜系设计成功地抑制了⁴F_3/2-⁴I1_1/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2激光运转，获得了⁴F_3/2-⁴I_9/2激光的高效运转，并经腔内倍频后获得高效连续蓝光输出。

Description

LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器

技术领域

本发明涉及一种激光装置，尤其涉及一种二极管(LD)端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器。

背景技术

蓝光激光器在高密度光存储、超短脉冲、数字视频技术、光谱技术、激光医学等领域有着广泛的应用价值，其中高功率蓝光激光器在激光大屏幕显示、海洋军事应用及水下资源探测中更具有十分重要的应用前景。首先二极管泵浦高功率蓝光激光器可以和二极管泵浦全固化红光及绿光激光器构成三元色激光源，使这一系统具有功耗低、寿命长、效率高、光束质量好的特点，其色度更接近于自然光，从而有效的实现了三元色的平衡。一般为实现高质量的激光大屏幕显示，红、蓝、绿三色激光光源的功率要求最好在1W以上。另外由于蓝绿光波长处于海水的低损耗窗口，因此蓝绿激光器已成为海洋军事应用及水下资源探测中的重要光源；例如，卫星或飞机通过蓝绿激光信号依靠大气、空气/海水界面和海水作为光信道实现与深水潜艇之间的通讯；又如，蓝绿激光器可用于机载激光水下侦察探测系统，还可安装在潜艇、排雷器、水下机器人等水下载体上，实现水下探潜、探雷、排雷、反潜网探测、潜艇避撞以及水下资源探测等，而上述应用场所同样需要高功率的蓝绿激光器。

随着半导体激光器的飞速发展和产业化，二极管泵浦的全固化激光器的研发也取得了实质性的进展，并开始实现产业化。现在人们正使用这种紧凑高效的全固化激光器，利用非线性材料通过倍频或和频的方法研制出各种类型的蓝光激光器，其中最行之有效的当属腔内倍频的蓝光激光器。虽然高功率蓝光激光器在现实中有着广泛的应用前景，但由于存在这样或那样的技术障碍，尚未出现具有实用价值的1W以上的蓝光激光器。

发明内容

针对现有技术存在的空白，本发明的目的是提供一种能够输出高功率连续蓝光激光并且结构紧凑的激光器。

为达到上述目的，本发明LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器包括泵源、光学耦合系统、激光谐振腔；采用端面泵浦方式；激光谐振腔为直线腔结构，由激光谐振腔输入端镜、激光增益介质、倍频晶体、激光谐振腔输出端镜组成，其中输入端镜可通过在激光增益介质的泵浦端面上直接镀膜而使输入端镜和激光增益介质合而为一，激光增益介质的另一端面及倍频晶体两个端面上均镀增透膜，输出端镜上同样进行镀膜处理，通过对谐振腔镜进行特定的镀膜处理，以抑制⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2激光运转，获得⁴F_3/2-⁴I_9/2激光的高效运转，并经腔内倍频后获得高效连续蓝光激光输出。

进一步地，所述泵源可以是LD Bar(半导体激光器巴)光纤耦合半导体激光泵源，亦可以是LD Bar光束整形半导体激光泵源，亦可以是LD单管激光泵源。

进一步地，所述激光增益介质为单棒结构，由Nd:YAG晶体或Nd:YVO₄晶体或Nd:GdVO₄等Nd类激光晶体制成。

进一步地，所述激光增益介质可为复合激光棒，该复合激光棒由Nd:YAG晶体或Nd:YVO₄晶体或Nd:GdVO₄等Nd类激光晶体制成，激光晶体两端扩散键合有未掺杂的YAG晶体。

进一步地，所述激光增益介质运行时需冷却，按不同运行条件温度在5-20℃可调，其控温精度优于±1℃。

进一步地，所述倍频晶体由LBO、BBO、BiBO、KNbO₃或其它非线性光学晶体制成，该倍频晶体可以是一块，也可以是两块。

进一步地，按不同倍频晶体要求控温运行，其控温精度优于±0.5℃。

进一步地，对所述激光增益介质为Nd:YAG晶体，并且在其泵浦端面上直接镀膜制成所述激光谐振腔输入端镜时，具体镀膜参数为：所述激光谐振腔输入输出端镜总体对各波长946nm、1.06μm和1.32μm特定镀膜，即R＞99.5％＠946nm，T＞40％＠1.06μm，T＞5％＠1.32μm；所述激光增益介质的另一端面对各波长946nm、1.06μm和1.32μm镀增透膜，所述倍频晶体两个端面对946nm和473nm镀增透膜；所述激光谐振腔输入端镜还对808nm镀膜即T＞70％＠808nm；所述激光谐振腔输出端镜还对473nm镀膜即T＞70％＠473mm。

进一步地，所述激光谐振腔内还可放置有用于控制光束质量的其它选模元件。

本发明蓝光激光器利用激光晶体可在⁴F_3/2-⁴I_9/2能级跃迁实现激光运转的特性，采用在Nd激光晶体两端扩散键合未掺杂的YAG晶体组成复合激光棒技术，同时通过对谐振腔镜合理的膜系设计成功地抑制了⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2激光运转，获得了⁴F_3/2-⁴I_9/2激光的高效运转经腔内倍频后获得高效连续蓝光输出。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图。

附图标记：

1二极管泵源，2光学耦合系统，3激光谐振腔输入端镜，4激光增益介质，5倍频晶体，6激光谐振腔输出端镜。

具体实施方式

实施例1：

二极管Bar经光纤耦合端面泵浦注入Nd:YAG复合激光棒水冷式腔内倍频连续蓝光激光器。

如图1所示，二极管泵源1为30瓦光纤耦合半导体激光器，其工作波长为808nm，光纤芯径为400μm，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300μm，激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为Ф3×3mm³，其两端分别键合Ф3×3mm³的未掺杂的YAG晶体，激光增益介质直接水冷，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，镀膜参数为R＞99.8％＠946nm，T＝88％＠808nm，T＝60％＠1.06μm&1.32μm，激光增益介质4的另一端面对946nm和1.06μm&1.32μm镀增透膜，激光腔内放置LBO倍频晶体5，其两个端面对946nm和473nm镀增透膜，尺寸为3×3×15mm³，按I类相位匹配方式切割，切割参数可取Θ＝90°，Ф＝19.37°，温度控制在22±0.1℃；激光谐振腔输出端镜6是曲率半径为100mm的平凹镜，其镀膜情况为R＞99.8％＠946nm，T＝85％＠473nm，谐振腔总腔长为48mm。

用上述装置可获得功率达瓦级的倍频473nm连续蓝光激光输出。

实施例2：

二极管Bar经光束整形后直接端面泵浦注入Nd:YAG复合棒风冷式腔内倍频连续蓝光激光器。

如图2所示，二极管泵源1为40瓦LD Bar，其工作波长为808nm，经光束整形后，再经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300×300μm；激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为Ф3×3mm³，其两端分别键合Ф3×3mm³的未掺杂的YAG晶体，激光增益介质通过TEC(半导体冷却器)传导冷却(风冷)，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，镀膜参数可取R＞99.8％＠946nm，T＝88％＠808nm，T＝60％＠1.06μm&1.32μm，激光增益介质4的另一端面对946nm和1.06μm&1.32μm镀增透膜，激光腔内放置LBO倍频晶体5，其两个端面对946nm和473nm镀增透膜，尺寸为3×3×15mm³，按I类相位匹配方式切割，切割参数可取Θ＝90°，Ф＝19.37°，温度控制在22±0.1℃；激光谐振腔输出端镜6是曲率半径为100mm的平凹镜，其镀膜情况为R＞99.8％＠946nm，T＝85％＠473nm，谐振腔总腔长为48mm。

用上述装置可获得功率达500mW的倍频473nm连续蓝光激光输出。

实施例3：

二极管单管直接泵浦Nd:YAG腔内倍频连续蓝光激光器。

如图2所示，二极管泵源1为5瓦单管半导体激光器，其工作波长为808nm，发光截面为150×1μm²，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约50×50μm²，激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为3×3×3mm³，激光介质通过TEC传导冷却，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，激光增益介质4的另一端面对1.32μm、1.06μm和946nm镀增透膜，激光腔内放置LBO倍频晶体5，其两个端面对946nm和473nm镀增透膜，尺寸为3×3×10mm³，按I类相位匹配方式切割，切割参数可取Θ＝90°，Ф＝19.37°，温度控制在22±0.1℃；激光谐振腔输出端镜6是曲率半径为100mm的平凹镜，其镀膜情况为R＞99.8％＠946nm，T＝85％＠473nm，谐振腔总腔长为48mm。

用上述装置可获得功率达200mW的倍频473nm连续蓝光激光输出。

Claims

1.一种LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，包括泵源、光学耦合系统、激光谐振腔；采用端面泵浦方式；激光谐振腔为直线腔结构，由激光谐振腔输入端镜、激光增益介质、倍频晶体、激光谐振腔输出端镜组成，其中输入端镜可通过在激光增益介质的泵浦端面上直接镀膜而使输入端镜和激光增益介质合而为一，激光增益介质的另一端面及倍频晶体两个端面上均镀增透膜，输出端镜上同样进行镀膜处理，通过对谐振腔镜进行特定的镀膜处理，以抑制⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2激光运转，获得⁴F_3/2-⁴I_9/2激光的高效运转，并经腔内倍频后获得高效连续蓝光激光输出；在所述其泵浦端面上直接镀膜制成所述激光谐振腔输入端镜时，具体镀膜参数为：所述激光谐振腔输入输出端镜总体对各波长946nm、1.06μm和1.32μm特定镀膜，即R＞99.5％@946nm，T＞40％@1.06μm，T＞5％@1.32μm；所述激光增益介质的另一端面对各波长946nm、1.06μm和1.32μm镀增透膜，所述倍频晶体两个端面对946nm和473nm镀增透膜；所述激光谐振腔输入端镜对808nm镀膜即T＞70％@808nm；所述激光谐振腔输出端镜对473nm镀膜即T＞70％@473mm。

2.如权利要求1所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述泵源是半导体激光器巴光纤耦合半导体激光泵源或半导体激光器巴光束整形半导体激光泵源或LD单管激光泵源。

3.如权利要求2所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述激光增益介质为单棒结构，由Nd:YAG晶体或Nd:YVO₄晶体或Nd:GdVO₄ Nd类激光晶体制成。

4.如权利要求2所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述激光增益介质为复合激光棒，该复合激光棒由Nd:YAG晶体或Nd:YVO₄晶体或Nd:GdVO₄ Nd类激光晶体制成，激光晶体两端扩散键合有未掺杂的YAG晶体。

5.如权利要求3或4所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述激光增益介质运行时需冷却，按不同运行条件温度在5-20℃可调，其控温精度优于±1℃。

6.如权利要求5所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述倍频晶体由LBO、BBO、BiBO、KNbO₃或非线性光学晶体制成，该倍频晶体为一块或两块。

7.如权利要求6所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，激光工作物质直接水冷或以半导体制冷器传导冷却方式冷却。

8.如权利要求7所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述激光增益介质为Nd:YAG晶体。

9.如权利要求8所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔内还放置有用于控制光束质量的其它选模元件。

10.如权利要求9所述的LD端面泵浦全固态腔内倍频瓦级连续蓝光激光器，其特征在于，按不同倍频晶体要求控温运行，其控温精度优于±0.5℃。