CN201985426U - 高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，采用腔内倍频结构，包括：全反镜，泵浦源，激光棒，谐波反射镜，倍频晶体及输出镜。所述激光器谐振腔为直腔，通过在腔内插入平凸镜调整模参数、增大激光棒处模体积和提高倍频晶体处光功率密度。所述谐波反射镜采用平凸透镜，该镜片面向激光晶体的一面为凸面，面向倍频晶体的一面为平面；该镜片与激光棒、倍频晶体组成光束调节系统，实现谐振腔参数调整；该镜片的平面镀有对基频光高透、对倍频光高反的膜层，使激光器有双程倍频的效果。本实用新型采用紧凑的直腔结构实现了高效、高功率的连续激光输出，结构紧凑，易于产品化，可广泛应用于激光彩色显示、激光医疗和科研等领域。

Description

高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器

技术领域

本发明涉及一种激光装置，尤其涉及一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，属于激光技术领域。它适于激光彩色显示、激光医疗、工业激光加工、科研等领域的应用。

背景技术

半导体泵浦内腔倍频高功率全固态连续绿光激光器具有有效率高、体积小、稳定性好和寿命长等优点，在激光彩色显示、激光加工、数据存储、医疗卫生和科研等领域有重要的应用，因此成为国际上近年来的研究热点。其中，半导体激光器侧面泵浦的内腔倍频激光器是实现高功率、高稳定且低成本连续绿光激光器的有效方法。迄今为止报道的侧面泵浦内腔倍频绿光激光器的最高功率为P.K.Mukhopadhyay实现的30.5W(P.K.Mukhopadhyay，S.K.Sharma，K.Ranganathan，P.K.Gupta，T.P.S.Nathan，Efficient and high-power intracavity frequency doubled diode-side-pumped Nd:YAG/KTP continuous wave(CW)green laser[J]，Optics Communications，2006，259：805-811)。但其光束传输因子M²值为～20，这在一定程度上限制了其应用范围。日本的Kojima等人1999年报道了侧面泵浦内腔倍频连续Nd:YAG激光器，最大绿光输出功率27W，对应的光束传输因子M²＝8，光光转换效率8.2％；当输出为基模时，输出功率为16W，对应的光束传输因子M²＝1.2，光光转换效率4.8％(T.Kojima，S.Fujikawa，K.Yasui，Stabilization of a high-power diode-side-pumped intracavity-frequency-doubled CW Nd:YAG laser by compensating for thermal lensing of a KTP crystal and Nd:YAG rods[J]，IEEE J.Quantum Electron.，1999，35(3)：377～380)。但他们使用了两个泵浦源串接，这在一定程度上使系统的复杂性和成本增加，且不利于产品化。

发明内容

本发明的目的在于通过优化设计，使用单个半导体侧面泵浦模块，实现高效、高功率、高光束质量、并且结构紧凑、易于产品化的连续绿光激光器。用低成本、高可靠性的连续绿光激光器产品满足激光彩色显示、激光加工、数据存储、医疗卫生和科研等领域日益膨胀的应用需求。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，包括全反镜、泵浦源、激光棒、谐波反射镜、倍频晶体及输出镜，其特征在于：所述激光器谐振腔为直腔，通过在腔内插入光学元件平凸镜来调整模参数，同时实现增大激光介质处模体积和提高倍频晶体处基频光功率密度；所述谐波反射镜采用平凸透镜，该镜片面向激光晶体的一面为凸面，面向倍频晶体的一面为平面；选取平凸透镜合适的透镜焦距，使其与激光棒、倍频晶体组成光束调节系统，在激光棒处获得大的模式体积，提高泵浦光的利用效率和腔内振荡的基频光功率，在倍频晶体处获得大的基频光功率密度，从而提高倍频效率和绿光输出功率；所述谐波反射镜的另一面为平面，镀有对基频光高透，对倍频光高反的膜层。

所述的全反镜是平面镜，面向激光晶体的一面对基频光镀有全反膜。

所述的泵浦源是激光二极管侧面泵浦组件。

所述的激光棒包括Nd:YAG、Nd:YAP或Yb:YAG材料制作的激光晶体棒，激光晶体两端面对基频光镀有增透膜。

所述的倍频晶体包括非线性晶体KTP或LBO，倍频晶体两端面镀有基频光和倍频光增透膜。

所述的输出镜为平面镜，面向腔内的一面镀有对基频光高反、对倍频光增透的膜层，面向腔外的一面镀有对倍频光增透的膜层。

附图说明

图1为一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器的结构示意图；

图2为实施例LD泵浦电流与输出绿光之间关系的输入输出曲线；

图3为实施例输出功率31.7W附近时的功率稳定性；

图面说明：

1-全反镜；2-泵浦源；3-激光棒；4-谐波反射镜；

5-倍频晶体；6-输出镜；

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但并不是限制本发明。

泵浦源2和激光棒3为100W(1064nm)Nd:YAG侧面泵浦模块。其中的激光棒3为普通的Nd:YAG棒，掺杂浓度0.6％，尺寸为φ3mm×89mm。用循环水冷却Nd:YAG侧面泵浦模块，冷却水的温度为25℃。

倍频晶体5为普通的KTP晶体，∏类相位匹配切割，θ＝90°， 

尺寸为4×4×10mm³，双面镀1064nm、532nm增透膜。KTP晶体用铟片包裹置于紫铜热沉中，以保持良好的热接触。紫铜热沉用循环水冷却，冷却温度设置为19.4±0.1℃。

全反镜1为平面镜，面向腔内的一面对1064nm激光镀全反膜，反射率大于99.9％；谐波反射镜4为平凸镜，焦距f为150mm，平面镀1064nm增透、532nm高反膜，凸面镀1064nm增透膜；输出镜6为平面镜，面向腔内的一面对1064nm高反对532nm增透膜，面向腔外的一面镀对532nm增透膜。

泵浦模块(泵浦源2和激光棒3统称泵浦模块)置于全反镜1镜与谐波反射镜4之间，KTP置于谐波反射镜4与输出镜6之间，全反镜1到泵浦模块之间的距离为 125mm，泵浦模块与谐波反射镜4之间的距离为116mm，谐波反射镜4与KTP晶体之间的距离为116mm，KTP晶体与输出镜6之间的距离为9mm。

倍频激光经输出镜6耦合输出，输出激光再经滤波镜以滤掉其中的基频光成分。用OPHIR公司NovaII功率计(探头为1Z01550)测量绿激光输出功率。

图2为LD泵浦电流与输出绿光之间关系的输入输出曲线。在泵浦电流为35A时得到34W的连续绿光输出，对应的光光转换效率为8.9％。

图3为我们在31.7W附近测量的532nm激光功率稳定性，每隔2分钟从功率计上读取一个数据，共测量30组数。1小时内其输出功率不稳定度为

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P}/\stackrel{\&OverBar;}{P}={\left[\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(P_i-\stackrel{\&OverBar;}{P})}^2}{n}\right]}^{1/2}\&CenterDot;\frac{1}{P}\&ap;0.4031\%<1\%$

我们用刀口法测量了输出功率31.7W情况下的M²值，M²值小于8。

Claims (6)

1.一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，包括全反镜(1)、泵浦源(2)、激光棒(3)、谐波反射镜(4)、倍频晶体(5)及输出镜(6)，其特征在于：所述激光器谐振腔为直腔，通过在腔内插入光学元件平凸镜来调整模参数，同时实现增大激光介质处模体积和提高倍频晶体处基频光功率密度；所述谐波反射镜采用平凸透镜，该镜片面向激光晶体的一面为凸面，面向倍频晶体的一面为平面；选取平凸透镜合适的透镜焦距，使其与激光棒、倍频晶体组成光束调节系统；所述谐波反射镜的另一面为平面，镀有对基频光高透，对倍频光高反的膜层。

2.按权利要求1所述的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，其特征在于，所述的全反镜(1)是平面镜，面向激光晶体的一面对基频光镀有全反膜。

3.按权利要求1所述的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，其特征在于，所述的泵浦源(2)是激光二极管侧面泵浦组件。

4.按权利要求1所述的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，其特征在于，所述的激光棒(3)包括Nd:YAG、Nd:YAP或Yb:YAG材料制作的激光晶体棒，激光晶体两端面对基频光镀有增透膜。

5.按权利要求1所述的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，其特征在于，所述的倍频晶体(5)包括非线性晶体KTP或LBO，倍频晶体两端面镀有基频光和倍频光增透膜。

6.按权利要求1所述的一种高效高功率侧面泵浦直腔连续绿光激光器，其特征在于，所述的输出镜(6)为平面镜，面向腔内的一面镀有对基频光高反、对倍频光增透的膜层，面向腔外的一面镀有对倍频光增透的膜层。 

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