CN201994556U - 一种555nm激光全固态激光器 - Google Patents

Abstract

一种555nm激光全固态激光器，属固态激光技术领域。包括泵浦源、耦合透镜组、耦合腔等，耦合腔内放置激光晶体、调Q器件、倍频晶体，由温度控制系统对上述晶体和器件保持温度恒定，其特征在于利用Nd:GGG晶体的特定增益谱线以产生新波长；输入镜M1、腔镜M2、输出镜M3、激光晶体和倍频晶体端面分别镀有对相应波长的光透过率或反射率不小于99％的介质膜。本实用新型激光器架构紧凑而可靠，其输出功率大，可达到数十瓦。本实用新型中产生的555nm激光是人眼最敏感的波长，在激光显示、建筑及军事领域中具有广泛而重要的应用，另外，还可以应用于生物、医疗、天文等领域。

Description

一种555nm激光全固态激光器

技术领域

本实用新型涉及一种555nm激光全固态激光器，属固态激光技术领域。

背景技术

555nm波长的激光有着多种重要的应用。首先，555nm是人眼最为敏感的波长，因此可以用于军事应用中的炫目武器，另外也可以用于建筑施工中的激光准直、激光标示、激光指示、激光显示等领域。由于555nm对某些荧光蛋白的检测灵敏度高，还是还原血红蛋白的吸收峰，因此在生物、医学的检测、诊断、治疗方面也有着重要的应用。

现有报道中，受限于全固态激光器中固定的能级分布，产生555nm激光的全固态激光器主要有两种方式：合频以及拉曼频移。文献(吕彦飞等，“全固态连续波555nm黄-绿光激光器”，光学精密工程，15，674(2007))中报道了使用两块晶体产生不同波长的激光，然后通过非线性晶体合频来产生555nm激光。文献(R.P.Mildren，etc.，“Efficient，all-solid-state，Raman laser in the yellow，orange and red”，OpticsExpress，12，785(2004))中报道了使用绿光固体激光器作为泵浦源，使用拉曼频移方式产生555nm激光，但同时有其他波长激光产生，而且功率较低。文献(R.P.Mildren，etc.，”Discretely tunable，all-solid-state laser in the green，yellow，and red”，OpticsLetters，30，1500(2005))报道了使用基频光和拉曼光合频产生555nm激光，产生功率也较低。上述方式需要多块晶体配合来产生555nm激光，因此装置复杂，因多种因素的限制而导致输出功率较低，无法满足使用领域的需求。

发明内容

针对现有技术中所存在的却陷和不足，本实用新型提出了一种555nm激光全固态激光器，采用Nd:GGG晶体作为激光介质，直接产生1110nm激光，通过倍频晶体倍频，可以产生555nm激光，以解决输出功率较低、装置复杂的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种555nm激光全固态激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、输出镜M3、耦合镜M2和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置耦合镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔内放置倍频晶体，激光晶体、调Q器件和倍频晶体均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，其特征在于激光晶体采用Nd:GGG晶体，其端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率不小于99％的介质膜；输入镜M1镀有对泵浦光波段和1060nm光透过率不小于99％、对1110nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；耦合镜M2镀有对1110nm和1060nm的光透过率不小于99％、对555nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；输出镜M3镀有对1060nm和555nm波长的光透过率不小于99％、对1110nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；倍频晶体端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率不小于99％的介质膜。

上述的激光晶体在中、低输出功率情况下，对于通光端面也可只进行抛光而不镀膜，这样会降低成本但也会降低效率。

本实用新型激光器在低功率输出情况下可以不使用耦合镜M2镜以达到紧凑结构并降低成本的效果。

上述输入镜M1、输出镜M3和耦合镜M2可以用介质薄膜来代替，具体为激光晶体的入射面、出射面及倍频晶体两端面上镀以对相应波长的光高透和高反的介质膜，以取代输入镜M1、输出镜M3和耦合镜M2的作用。

所述的激光晶体Nd:GGG钕的掺杂浓度为0.05-at.％至4-at.％，其长度为0.5mm至50mm。

所述的调Q器件是主动调Q的声光、电光器件及被动调Q的Cr⁴⁺:YAG、染料片、半导体片中的一种，用于连续运转时则不使用调Q器件。

所述的倍频晶体为KTP、KTA、LBO、BBO等非线性晶体中的一种，其长度为1mm至30mm。

所述的输入镜M1和输出镜M3既可以是平面镜，也可以是凹面镜或凸面镜，依赖于具体腔型设计。

所述的泵浦源既可以是半导体激光器或者光纤耦合输出的半导体激光器，也可以是闪光灯或弧光灯，泵浦方式既可以是端面泵浦，也可以是侧面泵浦。

本实用新型激光器中的激光晶体采用Nd:GGG晶体，Nd:GGG晶体在最近几年里被广泛用于固体激光器。和其他掺Nd激光晶体相比，Nd:GGG晶体有很多优点，比如热导率高，机械性质好，热容量大以及掺杂浓度高等特点[B.Keszei，etc.，Jounal of Crystal Growth226，950(2001)]。由于没有芯(光学不均匀区域)生长，它可以生长至较大体积，Nd离子掺杂浓度可以达到4％甚至更高。这些优点使得Nd:GGG晶体可以产生较高的输出功率，同时具有较好的光束质量，非常有利于制作大功率以及紧凑型高效激光器。该激光晶体即Nd:GGG晶体可以直接输出1110nm激光，通过倍频晶体倍频可以直接输出555nm波长激光，整体装置可以做得紧凑而可靠，其输出功率也比上述背景技术中涉及到的激光器产生的功率大得多，输出功率可达到数十瓦量级。

本实用新型激光器中产生的555nm激光是人眼最敏感的波长，在激光显示、建筑及军事领域中具有重要的应用，另外，还可以应用于生物、医疗、天文等领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

其中：1、泵浦源，2、耦合透镜组，3、激光晶体，4、调Q器件，5、倍频晶体，6、输入镜M1，7、输出镜M3，8、耦合镜M2。

图2为本实用新型实施例4及5的结构示意图。其中泵浦源是侧面泵浦，为808nm激光二极管侧泵模块，不需要耦合透镜组2。图2中泵浦源1表示侧泵模块或者闪灯模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本实用新型实施例1如图1所示，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、输出镜M3、耦合镜M2和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置耦合镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔内放置倍频晶体；均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，其特征在于激光晶体采用Nd:GGG晶体，其端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜；输入镜M1镀有对泵浦光波段和1060nm光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；耦合镜M2镀有对1110nm和1060nm的光透过率为99％、对555nm波长的光反射率为99％的介质膜；输出镜M3镀有对1060nm和555nm波长的光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；倍频晶体端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜。

所述的激光晶体Nd:GGG钕的掺杂浓度为0.5-at.％，其长度为10mm。

所述的调Q器件是主动调Q的声光器件。

所述的倍频晶体为KTP晶体，其长度为3mm。

所述的输入镜M1和输出镜M3均是平面镜。

所述的泵浦源是光纤耦合输出的半导体激光器，泵浦方式是端面泵浦。

实施例2：

如图1所示，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、输出镜M3和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置耦合镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔内放置倍频晶体；均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，其特征在于激光晶体采用Nd:GGG晶体，其端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜；输入镜M1镀有对泵浦光波段和1060nm光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；输出镜M3镀有对1060nm和555nm波长的光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；倍频晶体端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜。本实施例不采用耦合镜M2。

所述的激光晶体Nd:GGG钕的掺杂浓度为0.5-at.％，其长度为5mm。

所述的调Q器件是主动调Q的声光器件。

所述的倍频晶体为KTP晶体，其长度为3mm。

所述的输入镜M1和输出镜M3均是平面镜。

所述的泵浦源是光纤耦合输出的半导体激光器，泵浦方式是端面泵浦。

实施例3：

同实施例1相同，只是所述的输入镜M1是凸面镜，曲率半径是+1000mm，输出镜M3是平面镜。所述的调Q器件是Cr⁴⁺:YAG晶体，厚度为2mm，小信号透过率是60％。所述的倍频晶体为KTP晶体，其长度为10mm。

实施例4：

如图2所示，包括泵浦源、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、输出镜M3、耦合镜M2和温度控制系统，采用侧面泵浦架构，不需要耦合透镜组2；由输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置耦合镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔内放置倍频晶体；均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，其特征在于激光晶体采用Nd:GGG晶体，其端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜；输入镜M1镀有对泵浦光波段和1060nm光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；耦合镜M2镀有对1110nm和1060nm的光透过率为99％、对555nm波长的光反射率为99％的介质膜；输出镜M3镀有对1060nm和555nm波长的光透过率为99％、对1110nm波长的光反射率为99％的介质膜；倍频晶体端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率为99％的介质膜。

所述的激光晶体Nd:GGG钕的掺杂浓度为1-at.％，其长度为62mm。

所述的调Q器件是主动调Q的声光器件。

所述的倍频晶体为KTP晶体，其长度为5mm。

所述的输入镜M1和输出镜M3均是平面镜。

所述的泵浦源是商用侧泵激光二极管模块，泵浦功率最大120W，采用侧面泵浦架构。

实施例5：

同实施例4相同，只是采用的侧泵模块为氙灯模块；采用侧面泵浦架构；所述的调Q器件是电光调Q器件。

Claims (6)

1.一种555nm激光全固态激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜M1、输出镜M3、耦合镜M2和温度控制系统，泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组之后由输入镜M1和输出镜M3构成耦合腔，耦合腔内放置耦合镜M2，将耦合腔分为前腔和后腔，前腔内依次放置激光晶体和调Q器件；后腔内放置倍频晶体，激光晶体、调Q器件和倍频晶体均置于温度控制系统中以保持上述晶体和器件的温度恒定，其特征在于激光晶体采用Nd:GGG晶体，其端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率不小于99％的介质膜；输入镜M1镀有对泵浦光波段和1060nm光透过率不小于99％、对1110nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；耦合镜M2镀有对1110nm和1060nm的光透过率不小于99％、对555nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；输出镜M3镀有对1060nm和555nm波长的光透过率不小于99％、对1110nm波长的光反射率不小于99％的介质膜；倍频晶体端面镀有对1060nm、1110nm和555nm波长的光透过率不小于99％的介质膜。

2.如权利要求1所述的一种555nm激光全固态激光器，其特征在于所述的激光晶体Nd:GGG钕的掺杂浓度为0.05-at.％至4-at.％，其长度为0.5mm至50mm。

3.如权利要求1所述的一种555nm激光全固态激光器，其特征在于所述的调Q器件是主动调Q的声光、电光器件及被动调Q的Cr⁴⁺:YAG、染料片、半导体片中的一种，用于连续运转时则不使用调Q器件。

4.如权利要求1所述的一种555nm激光全固态激光器，其特征在于所述的倍频晶体为KTP、KTA、LBO、BBO等非线性晶体中的一种，其长度为1mm至30mm。

5.如权利要求1所述的一种555nm激光全固态激光器，其特征在于所述的输入镜M1和输出镜M3是平面镜、凹面镜和凸面镜中的一种，依赖于具体腔型设计。

6.如权利要求1所述的一种555nm激光全固态激光器，其特征在于所述的泵浦源是半导体激光器、光纤耦合输出的半导体激光器、闪光灯和弧光灯中的一种，泵浦方式是端面泵浦或是侧面泵浦。

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