CN202872169U

CN202872169U - 宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器

Info

Publication number: CN202872169U
Application number: CN 201220504291
Authority: CN
Inventors: 李斌; 姚矣; 郑权
Original assignee: Changchun New Industries Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Changchun New Industries Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-09-28

Abstract

本实用新型涉及一种宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，包括：半导体激光器，半导体激光器座，光学耦合镜组，光学耦合镜组座，反射腔镜，反射腔镜座，激光晶体，激光晶体座，被动调Q晶体，被动调Q晶体座，输出腔镜，输出腔镜座，基板，以及外壳；该激光器在被动调Q晶体和输出腔镜间的光路中，还设有可变衰减器和可变衰减器旋转驱动器，所述可变衰减器固定在可变衰减器旋转驱动器上；所述可变衰减器和可变衰减器旋转驱动器可以使通过的激光的频率调整为符合被动调Q晶体的初始透过率的频率。本实用新型弥补了被动调Q激光器不能调节激光输出频率的缺点，保证了被动调Q输出激光的优异特性。

Description

宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，特别涉及一种宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器。

背景技术

随着激光技术的不断发展，其应用领域也越来越广泛，同时，对激光参数的要求也越来越高。为了获得高的峰值功率和窄脉冲宽度，需要调Q技术，调Q技术包括:转镜调Q，染料调Q，电光调Q，声光调Q等。目前最常用的调Q方式为声光调Q，声光调Q工作稳定，一般脉冲宽度可以达到数十纳秒（ns），频率不高于200KHz。电光调Q的优点是可以得到更窄的脉宽和更高的峰值功率。但是由于电光晶体容易潮解，这将极大影响使用寿命。这两种调Q方式都需要使用电子驱动设备来控制调Q的频率，故称为主动调Q。后来出现一种利用晶体的可饱和吸收效应进行调Q的技术，如用Cr⁴⁺：YAG等晶体，其作用机理是利用饱和吸收效应，不需要外加的驱动控制源，故后来这种调Q技术称为被动调Q技术。被动调Q与主动调Q相比，晶体的被动调Q可以获得更窄的脉冲宽度，更高的重复频率，且工作稳定，寿命长。因此被动调Q在诸多领域有着广泛的应用。

但是被动调Q激光器的激光脉冲输出无法通过外部控制实现输出激光频率的调节，在固定的泵浦功率和谐振腔构架条件下，激光的输出频率是固定不变的，这限制了其在某些需要与其他系统同步或需要主动控制激光脉冲输出频率的场合的应用。

而对于现有的通过声光和电光调Q手段实现脉冲激光输出的半导体泵浦全固态激光器，由于存在复杂的电结构和昂贵的造价，限制了激光器性能的稳定性以及激光器的普及应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种内部结构为线性直腔结构并插入调Q晶体和频率拓宽原件-可变衰减器的，宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案具体如下：

一种宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，包括：

半导体激光器，半导体激光器座，光学耦合镜组，光学耦合镜组座，反射腔镜，反射腔镜座，激光晶体，激光晶体座，被动调Q晶体，被动调Q晶体座，输出腔镜，输出腔镜座，基板，以及外壳；所述半导体激光器固定于半导体激光器座上；光学耦合镜组固定于光学耦合镜组座中；反射腔镜固定在反射腔镜座内；激光晶体固定在激光晶体座内；被动调Q晶体固定在被动调Q晶体座内；输出腔镜固定在输出腔镜座内；输出腔镜座均固定在基板上，罩在外壳中；输出腔镜和反射腔镜对称放置；

该激光器在被动调Q晶体和输出腔镜间的光路中，还设有可变衰减器，所述可变衰减器固定在可变衰减器旋转驱动器上；

所述可变衰减器和可变衰减器旋转驱动器可以使通过的激光的频率调整为符合被动调Q晶体的初始透过率的频率。

在上述技术方案中，所述激光晶体的靠近半导体激光器的端面镀膜为泵浦光和基频光的增透膜系。

在上述技术方案中，所述可变衰减器双面都设有宽带的多层增透膜，其中一面还镀有NiCrFe宽带减光膜。

在上述技术方案中，所述NiCrFe宽带减光膜工作在可见光区和近红外光区。

在上述技术方案中，所述可变衰减器的基底材料为K9玻璃，双面的平行度优于30秒。

本实用新型的积极效果是：由于采用简单直腔结构，腔内插入被动调Q晶体和可变衰减器的结合，在固定的泵浦功率下，实现了被动调Q激光器输出激光频率的宽范围调谐，优点是弥补了被动调Q激光器不能调节激光输出频率的缺点，且保证了被动调Q输出激光的优异特性，即脉宽窄且不需要昂贵的器件，突破了传统被动调Q激光器的应用瓶颈，兼顾了激光特性与频率调节的实际应用需求，取代了传动的声光调Q和电光调Q的器件，减小了整个系统的体积，为实现小型化，高效化，产品化的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器打下了基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器的具体结构示意图。

图中的附图标记表示为：

1-半导体激光器，2-半导体激光器座，3-光学耦合镜组，4-光学耦合镜组座，5-反射腔镜，6-反射腔镜座，7-激光晶体，8-激光晶体座，9-被动调Q晶体，10-被动调Q晶体座，11-可变衰减器，12-可变衰减器旋转驱动器，13-输出腔镜，14-输出腔镜座，15-基板，16-外壳。

具体实施方式

本实用新型的发明思想为：采用简单直腔结构，腔内插入被动调Q晶体和可变衰减器的结合，在固定的泵浦功率下，实现了被动调Q激光器输出激光频率的宽范围调谐。

下面结合附图对本实用新型做以详细说明。

本实用新型的技术方案如图1所示，一种宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，由半导体激光器1，半导体激光器座2，光学耦合镜组3，光学耦合镜组座4，反射腔镜5，反射腔镜座6，激光晶体7，激光晶体座8，被动调Q晶体9，被动调Q晶体座10，可变衰减器11，可变衰减器旋转驱动器12，输出腔镜13，输出腔镜座14，基板15，外壳16组成；其中半导体激光器1固定于铜制的半导体激光器座2上，光学耦合镜组3固定于光学耦合镜组座4中，反射腔镜5固定在反射腔镜座6内，激光晶体7固定在激光晶体座8内，被动调Q晶体9固定在被动调Q晶体座10内，可变衰减器11固定在可变衰减器旋转驱动器12上，输出腔镜13固定在输出腔镜座14内，半导体激光器座2，光学耦合镜组座4，反射腔镜座6，激光晶体座8，被动调Q晶体座10，可变衰减器旋转驱动器12，输出腔镜座14均固定在基板15上，罩在外壳16中；在激光器的光路中，在被动调Q晶体和输出腔镜间安装可变衰减器，输出腔镜和反射腔镜对称放置；其中设泵浦光与基频光的波长分别为λp，λ1，固定在铜制半导体激光器座2上的半导体激光器1发射与激光晶体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注入到激光晶体7中，泵浦光学耦合镜组两端镀泵浦光λp波长的增透膜系，反射腔镜5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，另一端为对λp波长泵浦光增透和λ1波长基频光的高反膜系，激光晶体7的靠近半导体激光器1的端面镀膜为泵浦光和基频光的增透膜系，激光晶体7的另一个通光面镀膜为λ1波长基频光的增透膜系，被动调Q晶体9双面镀对λ1波长基频光的增透膜系，可变衰减器11双面镀对λ1波长基频光的增透膜系，输出腔镜13靠近半导体激光器1的一端镀膜为对λ1波长基频光的部分透过膜系，另一端为对λ1波长基频光的增透膜系；反射腔镜5和输出腔镜13的靠近半导体激光器1的两个端面形成谐振腔，基频光在激光晶体7内进行增益，被动调Q晶体9对基频光进行调Q，而可变衰减器11对被动调Q晶体9的初始透过率和腔内损耗进行调节，实现宽脉冲频率调节范围的半导体泵浦全固态被动调Q脉冲激光的稳定输出。

所述的线性直腔内插入可变衰减器，对谐振腔在固定泵浦功率下的被动调Q初始透过率和腔内损耗进行调节，以实现被动调Q的激光脉冲频率宽范围的调谐。腔内插入可变衰减器11，其表面有稳定的NiCrFe宽带减光膜，工作在可见光区和近红外光区，基频光的透过率可以根据旋转可变衰减器而线性变化。衰减器的基底材料为K9玻璃，平行度优于30秒，双面都有宽带的多层增透膜，其中一面还镀有NiCrFe膜。在固定泵浦功率下，腔内的被动调Q晶体会使得基频光以某一固定的频率输出腔外，形成脉冲激光，但在固定泵浦功率下由于被动调Q晶体的初始透过率不可变，所以脉冲激光的频率也不可调。现在腔内的被动调Q晶体和可变衰减器配合，通过驱动控制可变衰减器的旋转，即可以实现在固定泵浦功率下，谐振腔内Q值的连续变化，即改变腔内对基频光的初始透过率，以实现调Q激光输出的频率宽范围调节。

所述泵浦源为半导体激光，通过温控系统保证泵浦光波长与激光晶体的吸收波长相同。所述被动调Q原理，即有可饱和吸收体作为调Q的原件，这种材料随着能量密度的增大而变得透明起来，在能量密度达到某一很高的值时，材料就会饱和或漂白，从而导致产生很高的透过率。可饱和吸收体中的漂白过程是基于光谱跃迁的饱和，如果将对激光波长具有高吸收率的材料安放在激光器谐振腔内，就会在最开始的时候阻止激光振荡的发生，随着增益在泵浦脉冲期间的增大并超过往返损耗时，腔内的光通量会急剧增大，导致被动Q开光达到饱和，在这种条件下损耗很低，从而建立激光脉冲。

当本实用新型用于获得1064nm脉冲激光输出时，固定在铜制半导体激光器座2上的半导体激光器1发射与激光晶体7Nd:YAG吸收谱相对应波长的激光，波长为808nm，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注入到激光晶体7Nd:YAG中，泵浦光学耦合镜组两端镀泵浦光808nm波长的增透膜系，反射腔镜5靠近半导体激光器1的一端镀膜为对808nm波长泵浦光的增透膜系，另一端为对808nm波长泵浦光增透和1064nm波长基频光的高反膜系，激光晶体7Nd:YAG的靠近泵浦源的一端镀808nm和1064nm的增透膜系，另一个通光面镀膜为1064nm波长基频光的增透膜系，被动调Q晶体9Cr⁴⁺:YAG双面镀对1064nm波长基频光的增透膜系，可变衰减器11双面镀对1064nm波长基频光的增透膜系，输出腔镜13靠近半导体激光器1的一端镀膜为对1064nm波长基频光的部分透过膜系，另一端为对1064nm波长基频光的增透膜系；反射腔镜5的和输出腔镜13的靠近半导体激光器1的两个端面形成谐振腔，基频光在激光晶体7Nd:YAG内进行增益，被动调Q晶体9Cr⁴⁺:YAG对基频光进行调Q，而可变衰减器11对被动调Q晶体9Cr⁴⁺:YAG的初始透过率和腔内损耗进行调节，实现宽脉冲频率调节范围的半导体泵浦全固态被动调Q脉冲激光的稳定输出，激光的频率调节范围从自由频率的10KHz固定频率扩展到1KHz到100KHz的连续可调。

本实用新型的积极效果是采用简单直腔结构，腔内插入被动调Q晶体和可变衰减器的结合，在固定的泵浦功率下，实现了被动调Q激光器输出激光频率的宽范围调谐，优点是将弥补了被动调Q激光器不能调节激光输出频率的缺点，且保证了被动调Q输出激光的优异特性，即脉宽窄且不需要昂贵的器件，突破了传统被动调Q激光器的应用瓶颈，兼顾了激光特性与频率调节的实际应用需求，取代了传动的声光调Q和电光调Q的器件，减小了整个系统的体积，为实现小型化，高效化，产品化的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器打下了基础。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，包括：

半导体激光器（1），半导体激光器座（2），光学耦合镜组（3），光学耦合镜组座（4），反射腔镜（5），反射腔镜座（6），激光晶体（7），激光晶体座（8），被动调Q晶体（9），被动调Q晶体座（10），输出腔镜（13），输出腔镜座（14），基板（15），以及外壳（16）；所述半导体激光器（1）固定于半导体激光器座（2）上；光学耦合镜组（3）固定于光学耦合镜组座（4）中；反射腔镜（5）固定在反射腔镜座（6）内；激光晶体（7）固定在激光晶体座（8）内；被动调Q晶体（9）固定在被动调Q晶体座（10）内；输出腔镜（13）固定在输出腔镜座（14）内；输出腔镜座（14）均固定在基板（15）上，罩在外壳（16）中；输出腔镜（13）和反射腔镜（5）对称放置；

其特征在于，该激光器在被动调Q晶体（9）和输出腔镜（13）间的光路中，还设有可变衰减器（11）和可变衰减器旋转驱动器（12），所述可变衰减器（11）固定在可变衰减器旋转驱动器（12）上；

所述可变衰减器（11）和可变衰减器旋转驱动器（12）可以使通过的激光的频率调整为符合被动调Q晶体（9）的初始透过率的频率。

2.根据权利要求1所述的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，其特征在于，所述激光晶体（7）的靠近半导体激光器（1）的端面镀膜为泵浦光和基频光的增透膜系。

3.根据权利要求1或2所述的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，其特征在于，所述可变衰减器（11）双面都设有宽带的多层增透膜，其中一面还镀有NiCrFe宽带减光膜。

4.根据权利要求3所述的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，其特征在于，所述NiCrFe宽带减光膜工作在可见光区和近红外光区。

5.根据权利要求1所述的宽脉冲频率调节范围的半导体激光泵浦全固态激光器，其特征在于，所述可变衰减器（11）的基底材料为K9玻璃，双面的平行度优于30秒。