CN201383621Y - 共线型双激光晶体全固态和频激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种共线型双激光晶体全固态和频激光器，其中固定在激光器座上的半导体激光器发射与两个激光晶体吸收谱相对应波长的激光，通过固定在泵浦光学耦合镜组座中的泵浦光学耦合镜组注入两个激光晶体，两个激光晶体的通光表面互相平行且置于激光晶体座中，两个激光晶体靠近泵浦源一端所镀制的不同波长基频光高反膜和泵浦光增透膜分别作为谐振腔的一个腔镜，两个不同波长基频光分别在第一个激光晶体和两个激光晶体内进行增益，非线性和频晶体放置在激光晶体和输出耦合腔镜之间的两波长基频光交叠区内。其实现了两不同波长基频光的独立增益；为小型化，高效化，产品化的和频激光输出打下基础；实现了更广波段范围内的和频激光输出。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种共线型双激光晶体全固态和频激光器，是一种获得和频激光输出的共线型双激光晶体结构的全固态和频激光器，属于半导体激光泵浦全固态和频激光器技术领域。
技术背景：
传统的半导体激光泵浦全固态和频激光器主要有四种：第一种是LD泵浦全固态激光器的基频光和LD直接发出的激光进行和频，但由于LD所发出激光的空间分布特性与全固态激光器基频光的空间分布特性差异较大，所以和频效率很难提高。第二种是LD泵浦全固态激光器的基频光与谐波进行和频，通常采用由腔镜，一个激光晶体，两个非线性晶体和输出镜构成的谐振腔产生三倍频或四倍频波段的激光，目前这种结构只能产生三倍频或四倍频激光，而不能产生基频光的非整数倍波段的激光，限制了其使用范围。第三种是用两台LD泵浦全固态激光器分别产生的两个不同波长的基频光进行腔外和频，在脉冲工作状态下，无法控制两不同波长基频光运转的同步性，而在连续工作状态下，由于在腔外不能获得很高的基频光功率密度，故采用外复合腔方式，但其稳定性较差，对外界条件十分敏感，因而制约了和频效率的提高和腔外和频技术的发展。第四种是LD泵浦全固态激光器产生的两个基频光进行腔内和频，这还可以分为两种：其一，谐振腔内只有一个可以产生两种以上激光跃迁的激光晶体，通过严格控制谐振腔腔镜的膜层结构来平衡该激光晶体内两条不同跃迁谱线在腔内的净增益，从而实现腔内双波长振荡，之后再加入非线性晶体进行和频，获得新的波长，这种方式在和频过程中，需要通过控制谐振腔腔镜的膜层结构来平衡两条增益特性不同的谱线的增益，这会损耗大量的基频光能量，且两增益特性不同的谱线之间存在竞争，增益能力较强谱线的起振会严重抑制增益能力较弱谱线的振荡和放大，从而导致了和频效率的降低；其二，利用两套泵浦系统分别作用于两个激光晶体，在丫型结构谐振腔的两个子谐振腔内获得两个波长的基频光振荡，两个谐振腔通过合束镜结合起来共用谐振腔的一部分，在这个共用部分放入非线性晶体进行和频以获得新波长，这种结构的两子谐振腔在交叠时调整复杂，操作困难，很难保证两基频光的完全重合，这会使和频效率大大降低；采用两套泵浦源和泵浦耦合系统，增大了激光器整体的体积，不利于产业化。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种共线型双激光晶体全固态和频激光器，是一种新的包括半导体激光泵浦光源，泵浦光学耦合系统，两个激光晶体，非线性和频晶体以及输出耦合腔镜在内的双激光晶体结构的激光谐振腔模式，能够将基频光完全转化为和频光输出进而实现真正意义上的高效和频。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种共线型双激光晶体全固态和频激光器，包括半导体激光器，半导体激光器座，泵浦光学耦合镜组，泵浦光学耦合镜组座，两个激光晶体，激光晶体座，非线性和频晶体，非线性和频晶体座，输出耦合腔镜，输出耦合腔镜座，基板和外壳；其中半导体激光器固定于铜制的半导体激光器座上，泵浦光学耦合镜组固定于铝制的泵浦光学耦合镜组座中，两个激光晶体分别固定在激光晶体座内，并且要保证两个激光晶体的通光表面平行，非线性和频晶体固定于铝制非线性和频晶体座内，输出耦合腔镜固定在铝制的输出耦合腔镜座上；半导体激光器座、泵浦光学耦合镜组座、激光晶体座、激光晶体座、非线性和频晶体座和输出耦合腔镜座均固定在基板上，罩在外壳中；其特征在于：设泵浦光与两不同波长基频光的波长分别为λp，λ1和λ2，固定在铜制半导体激光器座上的半导体激光器发射与两个激光晶体吸收谱相对应波长的激光，波长为λp，通过固定在泵浦光学耦合镜组座中的泵浦光学耦合镜组注入两个激光晶体，两个激光晶体分别置于激光晶体座中且要保持两个激光晶体的通光表面互相平行，激光晶体的两个通光面，靠近半导体激光器的一端镀膜为对λp波长泵浦光的增透膜系和对λ1波长基频光的高反膜系，另一端为对λp波长泵浦光和λ1波长基频光的增透膜系；激光晶体的两个通光面即靠近半导体激光器的一端镀膜为对λp波长泵浦光以及λ1波长基频光的增透膜系和对λ2波长基频光的高反膜系，另一端为对λp波长泵浦光，λ1和λ2波长基频光的增透膜系；输出耦合腔镜靠近半导体激光器的一端镀膜为λ1和λ2波长基频光的高反膜系以及和频光λ3的增透膜系，另一端为λ3波长和频光的增透膜系，其中1/λ3＝1/λ1+1/λ2；非线性和频晶体按照基频光波长λ1和λ2的和频相位匹配方向切割，使得波长λ1和λ2在非线性和频晶体中共线传播时满足相位匹配关系：n3/λ3＝n2/λ2+n1/λ1，其中n1，n2和n3分别为λ1，λ2和λ3波长的光在非线性和频晶体中传播时的折射率；两个激光晶体靠近泵浦源一端所镀制的不同波长基频光高反膜和泵浦光增透膜分别作为谐振腔的一个腔镜，并分别与输出耦合腔镜形成两个不同波长基频光的谐振腔，两个不同波长基频光分别在第一个激光晶体和两个激光晶体内进行增益，非线性和频晶体放置在激光晶体和输出耦合腔镜之间的两波长基频光交叠区内，从而获得和频激光高效输出。
本实用新型积极效果是：使参与和频过程的两不同波长的基频光独立的在各自的激光晶体内进行增益，使增益性能较弱的谱线能够获得更长的增益长度，且避免了不同波长的基频光在同一个激光晶体内增益时带来的竞争现象，实现了两不同波长基频光的独立增益；将原有和频过程中，为了平衡不同波长基频光增益而浪费的基频光转化为和频激光输出，从本质上降低了基频光的损耗，真正实现了和频激光高效输出；采用一套泵浦系统作用于两个激光晶体，减小了整个系统的体积，为实现小型化，高效化，产品化的和频激光输出打下基础；只要适用于同一泵浦源，两个激光晶体可以任意选择并组合，实现更广波段范围内的和频激光输出。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：如图1所示，双激光晶体全固态和频激光器，发射与增益介质的激光晶体5和7Nd:YVO4晶体吸收相对应808nm波长激光的半导体激光器1，固定在铜制的半导体激光器座2上，泵浦光学耦合镜组3固定在铝制的泵浦光学耦合镜组座4上；激光晶体5和7均为Nd:YVO4晶体，能吸收半导体激光器1发射的808nm波长激光而发射基频光波长的荧光。激光晶体5两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为808nm增透膜系和914nm基频光的高反膜系，另一端为808nm和914nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座6上；激光晶体7两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为808nm以及914nm基频光的增透膜系和1064nm基频光的高反膜系，另一端为808nm，914nm和1064nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座8上。非线性和频晶体9为I类角度相位匹配的LBO晶体，两个表面镀1064nm，914nm和491nm的增透膜系，固定在铝制非线性和频晶体座10上。输出耦合腔镜11的镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为1064nm和914nm基频光的高反膜系以及和频光491nm的增透膜系，另一端为491nm和频光的增透膜系，固定在铝制的输出耦合腔镜座12内。半导体激光器座2，泵浦光学耦合镜组座4，激光晶体座6，激光晶体座8，非线性和频晶体座10和输出耦合腔镜座12均固定在基板13上，罩在外壳14中。
由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成914nm基频光的谐振腔，由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成1064nm基频光的谐振腔，914nm基频光在激光晶体5和7内进行增益，而1064nm基频光仅在激光晶体7内进行增益，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴，非线性和频晶体9放在激光晶体7和输出耦合腔镜11之间的基频光交叠光路中。
半导体激光器1发射与激光晶体5和7Nd:YVO4晶体吸收相对应808nm波长的激光，通过泵浦光学耦合镜组3注入激光晶体5和7，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴。激光晶体5Nd:YVO4吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频光914nm的荧光，该荧光在由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成的基频谐振腔内振荡，经由激光晶体5和7增益形成914nm波长的激光；激光晶体7Nd:YVO4吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频1064nm的荧光，该荧光在由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成的另一基频谐振腔内振荡，经由激光晶体7增益形成1064nm波长的激光；两不同波长的基频光经由非线性和频晶体9产生和频波长为491nm的激光，并经输出耦合腔镜11输出到腔外。
如图1所示，双激光晶体全固态和频激光器，发射与增益介质的激光晶体5和7Nd:YVO4晶体吸收相对应808nm波长激光的半导体激光器1，固定在铜制的半导体激光器座2上，泵浦光学耦合镜组3固定在铝制的泵浦光学耦合镜组座4上；激光晶体5和7均为Nd:YVO4晶体，能吸收半导体激光器1发射的808nm波长激光而发射基频光波长的荧光。激光晶体5两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为808nm增透膜系和1342nm基频光的高反膜系，另一端为808nm和1342nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座6上；激光晶体7两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为808nm以及1342nm基频光的增透膜系和1064nm基频光的高反膜系，另一端为808nm，1342nm和1064nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座8上。非线性和频晶体9为I类角度相位匹配的LBO晶体，两个表面镀1064nm，1342nm和593.5nm的增透膜系，固定在铝制非线性和频晶体座10上。输出耦合腔镜11的镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为1064nm和1342nm基频光的高反膜系以及和频光593.5nm的增透膜系，另一端为593.5nm和频光的增透膜系，固定在铝制的输出耦合腔镜座12内。半导体激光器座2，泵浦光学耦合镜组座4，激光晶体座6，激光晶体座8，非线性和频晶体座10和输出耦合腔镜座12均固定在基板13上，罩在外壳14中。
由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成1342nm基频光的谐振腔，由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成1064nm基频光的谐振腔，1342nm基频光在激光晶体5和7内进行增益，而1064nm基频光仅在激光晶体7内进行增益，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴，非线性和频晶体9放在激光晶体7和输出耦合腔镜11之间的基频光交叠光路中。
半导体激光器1发射与激光晶体5和7Nd:YVO4晶体吸收相对应808nm波长的激光，通过泵浦光学耦合镜组3注入激光晶体5和7，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴。激光晶体5Nd:YVO4吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频光1342nm的荧光，该荧光在由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成的基频谐振腔内振荡，经由激光晶体5和7增益形成1342nm波长的激光；激光晶体7Nd:YVO4吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频1064nm的荧光，该荧光在由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成的另一基频谐振腔内振荡，经由激光晶体7增益形成1064nm波长的激光；两不同波长的基频光经由非线性和频晶体9产生和频波长为593.5nm的激光，并经输出耦合腔镜11输出到腔外。
如图1所示，双激光晶体全固态和频激光器，发射与增益介质的激光晶体5和7Nd:YAG晶体吸收相对应879nm波长激光的半导体激光器1，固定在铜制的半导体激光器座2上，泵浦光学耦合镜组3固定在铝制的泵浦光学耦合镜组座4上；激光晶体5和7为Nd:YAG晶体，能吸收半导体激光器1发射的879nm波长激光而发射基频光波长的荧光。激光晶体5两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为879nm增透膜系和1319nm基频光的高反膜系，另一端为879nm和1319nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座6上；激光晶体7两个通光表面镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为879nm以及1319nm基频光的增透膜系和1064nm基频光的高反膜系，另一端为879nm，1319nm和1064nm基频光的增透膜系，固定在铝制的激光晶体座8上。非线性和频晶体9为I类角度相位匹配的LBO晶体，两个表面镀1064nm，1319nm和589nm的增透膜系，固定在铝制非线性和频晶体座10上。输出耦合腔镜11的镀膜情况如下：靠近半导体激光器1的一端为1064nm和1319nm基频光的高反膜系以及和频光589nm的增透膜系，另一端为589nm和频光的增透膜系，固定在铝制的输出耦合腔镜座12内。半导体激光器座2，泵浦光学耦合镜组座4，激光晶体座6，激光晶体座8，非线性和频晶体座10和输出耦合腔镜座12均固定在基板13上，罩在外壳14中。
由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成1319nm基频光的谐振腔，由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成1064nm基频光的谐振腔，1319nm基频光在激光晶体5和7内进行增益，而1064nm基频光仅在激光晶体7内进行增益，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴，非线性和频晶体9放在激光晶体7和输出耦合腔镜11之间的基频光交叠光路中。
半导体激光器1发射与激光晶体5和7Nd:YAG吸收相对应879nm波长的激光，通过泵浦光学耦合镜组3注入激光晶体5和7，激光晶体5和7的通光表面互相平行且两波长基频光的谐振腔同轴。激光晶体5Nd:YAG吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频光1319nm的荧光，该荧光在由激光晶体5和输出耦合腔镜11构成的基频谐振腔内振荡，经由激光晶体5和7增益形成1319nm波长的激光；激光晶体7Nd:YAG吸收了半导体激光器1发射的激光后发射基频1064nm的荧光，该荧光在由激光晶体7和输出耦合腔镜11构成的另一基频谐振腔内振荡，经由激光晶体7增益形成1064nm波长的激光；两不同波长的基频光经由非线性和频晶体9产生和频波长为589nm的激光，并经输出耦合腔镜11输出到腔外。
Claims (1)
1、一种共线型双激光晶体全固态和频激光器，包括半导体激光器(1)，半导体激光器座(2)，泵浦光学耦合镜组(3)，泵浦光学耦合镜组座(4)，两个激光晶体(5)和(7)，激光晶体座(6)和(8)，非线性和频晶体(9)，非线性和频晶体座(10)，输出耦合腔镜(11)，输出耦合腔镜座(12)，基板(13)和外壳(14)；其中半导体激光器(1)固定于铜制的半导体激光器座(2)上，泵浦光学耦合镜组(3)固定于铝制的泵浦光学耦合镜组座(4)中，两个激光晶体(5)和(7)分别固定在激光晶体座(6)和(8)内，并且要保证两个激光晶体的通光表面平行，非线性和频晶体(9)固定于铝制非线性和频晶体座(10)内，输出耦合腔镜(11)固定在铝制的输出耦合腔镜座(12)上；半导体激光器座(2)、泵浦光学耦合镜组座(4)、激光晶体座(6)、激光晶体座(8)、非线性和频晶体座(10)和输出耦合腔镜座(12)均固定在基板(13)上，罩在外壳(14)中；其特征在于：设泵浦光与两不同波长基频光的波长分别为λp，λ1和λ2，固定在铜制半导体激光器座(2)上的半导体激光器(1)发射与两个激光晶体(5)和(7)吸收谱相对应波长的激光，波长为λp，通过固定在泵浦光学耦合镜组座(4)中的泵浦光学耦合镜组(3)注入两个激光晶体(5)和(7)，两个激光晶体(5)和(7)分别置于激光晶体座(6)和(8)中且要保持两个激光晶体的通光表面互相平行，激光晶体(5)的两个通光面即靠近半导体激光器(1)的一端镀膜为对λp波长泵浦光的增透膜系和对λ1波长基频光的高反膜系，另一端为对λp波长泵浦光和λ1波长基频光的增透膜系；激光晶体(7)的两个通光面即靠近半导体激光器(1)的一端镀膜为对λp波长泵浦光以及λ1波长基频光的增透膜系和对λ2波长基频光的高反膜系，另一端为对λp波长泵浦光，λ1和λ2波长基频光的增透膜系；输出耦合腔镜(11)靠近半导体激光器(1)的一端镀膜为λ1和λ2波长基频光的高反膜系以及和频光λ3的增透膜系，另一端为λ3波长和频光的增透膜系，其中1/λ3＝1/λ1+1/λ2；非线性和频晶体(9)按照基频光波长λ1和λ2的和频相位匹配方向切割，使得波长λ1和λ2在非线性和频晶体(9)中共线传播时满足相位匹配关系：n3/λ3＝n2/λ2+n1/λ1，其中n1，n2和n3分别为λ1，λ2和λ3波长的光在非线性和频晶体(9)中传播时的折射率；两个激光晶体靠近泵浦源一端所镀制的不同波长基频光高反膜和泵浦光增透膜分别作为谐振腔的一个腔镜，并分别与输出耦合腔镜(11)形成两个不同波长基频光的谐振腔，两个不同波长基频光分别在第一个激光晶体和两个激光晶体内进行增益，非线性和频晶体放置在激光晶体和输出耦合腔镜之间的两波长基频光交叠区内，从而获得和频激光高效输出。
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| CN200920093232U CN201383621Y (zh) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | 共线型双激光晶体全固态和频激光器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106207735A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-07 | 青岛镭创光电技术有限公司 | 双色激光同光路系统 |
| CN111458951A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 中国地质大学（北京） | 一种深紫外激光输出技术的复合晶体装置 |
| CN113206431A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于光学频率重组上转换产生深紫外激光的装置 |
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100113 Termination date: 20110320 |