CN201623359U - 自倍频自调q固体板条激光器 - Google Patents
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Abstract
一种自倍频自调Q固体板条激光器，构成包括激光固体板条、后腔镜、前腔镜、正电极、负电极、上导热绝缘片、下导热绝缘片、偏振器、电光调制驱动器、正电极导线、负电极导线、泵浦源、耦合准直透镜、耦合聚焦透镜、上冷却热沉和下冷却热沉，是利用激光介质本身的电光效应、准相位匹配实现自倍频自调Q的固体板条激光器。本实用新型具有结构紧凑、加工简单、倍频效率高和腔内损耗低，可以实现固体倍频激光器的高脉冲能量、高光束质量的激光输出。
Description
技术领域
本实用新型属于固体激光器件，具体涉及一种自倍频自调Q固体板条激光器。
背景技术
由于光电子技术及其应用的不断发展，自倍频激光器越来越受到人们的关注。自倍频激光器是一种特殊的激光器，它利用基质的非线性效应把激活离子受激辐射产生的基频光进行频率转换，使激光器既可以输出基频光也可以输出倍频光。这种激光器简化了激光器设计，提高了激光器的实用效能。
当前自倍频激光器的发展主要是研制各种各样新晶体，但是这些新晶体大部分都因为光学性能较差，限制了发展。这些晶体当中铌酸锂(LiNbO3)的应用最为广泛，它有良好的非线性系数，并且具有电光效应，可以利用其电光效应进行自调Q，但是其光折变损伤阈值较低，限制了倍频应用。作为自倍频晶体时，通常掺入氧化镁(MgO)或氧化锌(ZnO)降低光折变损伤。以铌酸锂为基础制备的周期性极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate，简称PPLN)很好地解决了这一问题，因为PPLN的光折变损伤阈值有了显著的提高，避免了掺杂氧化物。并且PPLN的相位匹配条件与传统倍频晶体不同，传统的双折射相位匹配是利用非线性晶体的双折射特性和色散特性，通过选择光波的波矢方向和偏振方向来实现的；PPLN实现相位匹配的方法是准相位匹配技术，通过对晶体非线性系数的周期性调制(如铌酸锂晶体的周期性极化)来补偿互作用波之间的相位失配。与传统双折射相位匹配技术相比，使用准相位匹配技术没有走离效应、并且调谐范围几乎覆盖了铌酸锂晶体的通光范围，而且更重要的是当输入基频光和倍频光取同一偏振方向进行准相位匹配时，则可以充分利用LiNbO3晶体的最大非线性系数d33，同双折射相位匹配相比，有效转换效率提高了约20倍。
当前的自倍频激光器通常没有调Q装置，如图1所示，如果谐振腔内加入声光Q开关或电光Q开关，Q开关的插入损耗会增加谐振腔的损耗，降低了激光器的效率，使激光器的结构变得复杂。
图1取自文献1：薛迎红，王清月，柴路等。紧凑的新型Yb：GdYAB自倍频激光器。光学学报，2007，27(10)，1817～1820：图1所示激光器主要有以下部分构成，激光介质(01)、输出镜(02)、双色平面镜(03)泵浦源(04)、聚焦透镜(05)。
当前自倍频激光器倍频光的输出功率通常低于1W。例如144mW(源于文献1)、0.82W(源于文献2：Zhaojun LiuQingpu Wang，Xingyu Zhang。Self-frequency-doubled KTiOAsO4 Raman 1aser emitting at 573nm，Optics Letters，2009，34(14)，2183～2185)。
所以，当前经过调Q的自倍频激光器存在效率低、结构复杂、输出功率低等缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种自倍频自调Q固体板条激光器，该激光器应具有结构简单、结构紧凑、工作效率高，同时具有好的光束质量和倍频转换效率。
本实用新型的技术解决方案是：
一种自倍频自调Q固体板条激光器，特点在于该激光器构成包括激光固体板条、后腔镜、前腔镜、正电极、负电极、上导热绝缘片、下导热绝缘片、偏振器、电光调制驱动器、正电极导线、负电极导线、泵浦源、耦合准直透镜、耦合聚焦透镜、上冷却热沉和下冷却热沉，上述各元部件的位置关系如下：在所述的泵浦源的输出激光的前进方向依次是耦合准直透镜、耦合聚焦透镜、后腔镜、激光固体板条、偏振器和前腔镜；所述的激光固体板条是由掺杂的周期性极化铌酸锂晶体制成的长方体薄片，在所述的激光固体板条的上下两个大面分别为正电极和负电极，在所述的正电极之上依次上导热绝缘片和上冷却热沉，在所述的负电极之下依次是下导热绝缘片和下冷却热沉；所述的正电极和负电极分别通过正电极导线和负电极导线与所述的电光调制驱动器相连；所述的泵浦源的激光输出端位于所述的耦合准直透镜物方焦点处，所述的耦合聚焦透镜的像方焦点位于所述的激光固体板条内部并靠近所述的激光固体板条后端面。
所述的掺杂的周期性极化铌酸锂晶体为掺Nd离子的周期性极化铌酸锂晶体或掺Yb离子的周期性极化铌酸锂晶体。
所述的激光固体板条的长度介于3mm～50mm，宽度介于2mm～6mm，厚度介于0.5mm～2mm。
所述的泵浦源为激光器、或激光二极管阵列、或尾纤输出的激光二极管。
本实用新型是一种利用激光介质本身的电光效应、准相位匹配实现自调Q、自倍频的固体板条激光器。所述的掺杂的周期性极化铌酸锂晶体制成的激光固体板条、正电极、负电极、偏振器的这种结构，实现了固体板条激光器的自调Q。
所述的固体板条激光器，利用麦克斯韦方程组，在倍频光小信号近似的条件下，推导出倍频转换效率，根据转换效率确定晶体的周期性极化长度，满足其准相位匹配条件，可以实现最有效的自倍频激光输出。
所述的固体板条激光器中，泵浦源可以为激光器、激光二极管阵列、尾纤输出的激光二极管等，其中尾纤输出的激光二极管效果较好。
所述的固体板条激光器中，导热绝缘片可以为导热硅胶垫等导热电绝缘材料。
所述的固体板条激光器中，电光调制驱动器为市场上销售的电光Q开关驱动器，提供调制的高电压信号。
所述的固体板条激光器为平平腔，当泵浦功率比较高时，也可以使用其他的非稳腔，比如正支或负支非稳腔，以便有较大的模式体积，更好的提取翻转粒子数。
本实用新型具有一下优点：
1、由于本实用新型采用自倍频、自调Q系统，避免加入额外的调Q、倍频器件，有效的减少了腔内损耗、节省了腔内空间。可以使激光器易于设计，结构紧凑，利于工程小型化，提高了激光器输出功率同时降低阈值。
2、由于采用端泵耦合系统，输出激光可以获得更好的光束质量，有利于提高自倍频效率。
3、激光晶体采用长方薄板条结构，在端面泵浦，使得泵浦光能充分被吸收，提高了泵浦效率，在最大面使用两个热沉冷却，冷却彻底，减小了热效应。
4、由于采用非稳腔结构，增益介质的体积得到充分的利用，在获得大的输出功率的同时有着较好的光束质量。
附图说明
图1为现有的自倍频激光器结构示意图
图2为本实用新型自倍频自调Q固体板条激光器的较佳实施例的总体框图(前视剖面)
图3为本实用新型激光系统的较佳实施例的侧视截面图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步的说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
先请参阅图2和图3，由图可见，本实用新型自倍频自调Q固体板条激光器，包括激光固体板条1、后腔镜2、前腔镜3、正电极4、负电极5、上导热绝缘片6、下导热绝缘片7、偏振器8、电光调制驱动器11、正电极导线13、负电极导线12、泵浦源14、耦合准直透镜15、耦合聚焦透镜16、上冷却热沉9和下冷却热沉10，上述各元部件的位置关系如下：
在所述的泵浦源14的激光输出方向依次是耦合准直透镜15、耦合聚焦透镜16、后腔镜2、激光固体板条1、偏振器8和前腔镜3；
所述的激光固体板条1是由掺杂的周期性极化铌酸锂晶体制成的长方体薄片，在所述的激光固体板条1的上下两个大面分别为正电极4和负电极5，在所述的正电极4之上依次上导热绝缘片6和上冷却热沉9，在所述的负电极5之下依次是下导热绝缘片7和下冷却热沉10；所述的正电极4和负电极5分别通过正电极导线13和负电极导线12与所述的电光调制驱动器11相连；
所述的泵浦源14的激光输出端位于所述的耦合准直透镜15物方焦点处，所述的耦合聚焦透镜16的像方焦点位于所述的激光固体板条1内部并靠近所述的激光固体板条1后端面。
固体板条激光器为平平腔。
下面为本实用新型实施例的具体参数：
掺杂的周期性极化铌酸锂晶体为掺杂Nd离子的周期性极化铌酸锂晶体，具体尺寸为长l＝15mm、宽w＝6mm、厚d＝1mm，后端面镀808nm的增透膜，双端面镀532nm、1064nm的增透膜。在所述的激光固体板条1的上下为正负两个电极，电极上方为导热绝缘片，电极、导热绝缘片大小与晶体大面相同，导热绝缘片上方为晶体冷却热沉，晶体冷却热沉的前视和侧视截面为凸字形，突起部分大小与晶体大面相同，热沉中间做成微通道，通水冷却。
泵浦源为尾纤输出的激光二极管。尾纤输出的激光二极管的芯径为400μm，数值孔径为0.22，发光波长808nm，为连续泵浦，功率为30W。
端面耦合系统包括耦合准直透镜、耦合聚焦透镜，经过严格的设计和计算机模拟，取使耦合效率最大的参数，其焦距均为40mm。
偏振器两端面镀532nm、1064nm的增透膜，电光调制驱动器为晶体提供2000～3000V的半波电压，电压为脉冲输出，实现电光自调Q。
前腔镜、后腔镜都为平面镜，后腔镜镀532nm、1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％，后腔镜泵浦光入射面镀808nm增透膜；前腔镜为输出镜，镀对532nm的透射率为20％的透射膜，以及对1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％。
本实用新型具有结构紧凑、加工简单、方便设计调试、倍频效率高、腔内损耗低、易于散热的特点，可以实现固体倍频激光器的高脉冲能量、高光束质量的激光输出。
Claims (3)
1.一种自倍频自调Q固体板条激光器，特征在于该激光器的构成包括：
在泵浦源(14)的激光输出方向依次是耦合准直透镜(15)、耦合聚焦透镜(16)、后腔镜(2)、激光固体板条(1)、偏振器(8)和前腔镜(3)；
所述的激光固体板条(1)是由掺杂的周期性极化铌酸锂晶体制成的长方体薄片，在所述的激光固体板条(1)的上下两个大面分别为正电极(4)和负电极(5)，在所述的正电极(4)之上依次上导热绝缘片(6)和上冷却热沉(9)，在所述的负电极(5)之下依次是下导热绝缘片(7)和下冷却热沉(10)；所述的正电极(4)和负电极(5)分别通过正电极导线(13)和负电极导线(12)与所述的电光调制驱动器(11)相连；
所述的泵浦源(14)的激光输出端位于所述的耦合准直透镜(15)物方焦点处，所述的耦合聚焦透镜(16)的像方焦点位于所述的激光固体板条(1)内部并靠近所述的激光固体板条(1)后端面。
2.根据权利要求1所述的自倍频自调Q固体板条激光器，其特征在于所述的激光固体板条(1)的长度介于3mm～50mm，宽度介于2mm～6mm，厚度介于0.5mm～2mm。
3.根据权利要求1或2所述的自倍频自调Q固体板条激光器，其特征在于所述的泵浦源(14)为激光器、或激光二极管阵列、或尾纤输出的激光二极管。
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