CN204885812U - 一种被动调q的脉冲式自倍频绿光激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，包括依次沿光路安放的半导体激光泵浦源、谐振腔入射镜、可饱和吸收片、自倍频激光晶体及谐振腔输出镜，自倍频激光晶体为Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体，Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体的通光方向长度为(0.1-100)mm，切割方向均为沿1064nm倍频相位匹配方向，钕离子掺杂浓度为(0.1–30)at.％。这两种晶体同时具有激光发射和非线性光学效应，受激发射截面适中，本实用新型采用一块自倍频激光晶体替代激光晶体和非线性晶体，制成的激光器体积更小，结构更加紧凑，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提高了生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，属于激光技术领域。
背景技术
被动调Q是获得大能量、窄脉宽、高峰值功率激光脉冲的重要技术。LD泵浦的被动调Q绿光激光器在非线性光学、显微手术、污染检测和离子光谱学方面有着重要应用。目前，人们获得该类光源的普遍做法是先用激光晶体产生近红外固体激光(如1064nm)，再用可饱和吸收体实现被动调Q脉冲激光运转，然后用非线性光学晶体以腔内倍频、腔外倍频或者复合腔倍频的方式实现脉冲绿光输出。这种激光器涉及的光学元件多，结构复杂，造价高。如果能将激光发射与非线性倍频两种光功能合二为一，则可使生产成本大大降低，同时有利于激光器结构的简化和体积的减小，这种材料人们称为自倍频晶体。到目前为止，人们发现的自倍频晶体有Nd:MgO:LiNbO3、Nd:YCOB、Nd:GdCOB、NYAB等，虽然在连续自倍频输出方面这些材料都取得了不错的结果，但对于高峰值功率的脉冲自倍频输出，这些晶体都存在不同的显著缺陷，如Nd:MgO:LiNbO3的抗光伤阈值较低且具有光折变效应，Nd:YCOB和Nd:GdCOB的激光受激发射截面较小，无法实现被动调Q输出，而NYAB中包含YAB[YAl(BO3)4]和NAB[NdAl(BO3)4]的两种晶格结构，光学均匀性差，难以获得高光学质量的NYAB。因此，至今人们仍未发现真正具有实用价值的脉冲自倍频材料，特别是针对半导体激光泵浦的情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器。
术语解释：
1.LD，半导体激光器的简称；
2.Nd:CNGS，掺钕硅酸镓铌钙的简称；
3.Nd:CTGS，掺钕硅酸镓钽钙的简称；
4.Cr:YAG，掺铬钇铝石榴石的简称。
本实用新型的技术方案如下：
一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，包括从左到右依次沿光路安放的半导体激光泵浦源、谐振腔入射镜、可饱和吸收片、自倍频激光晶体及谐振腔输出镜，所述自倍频激光晶体为Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的通光方向长度为(0.1-100)mm，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的切割方向均为沿1064nm倍频相位匹配方向，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的钕离子掺杂浓度为(0.1–30)at.％。
此处设计优势在于，本实用新型采用提拉法生长的Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体作为自倍频激光晶体，这两种晶体具有生长速度快、光学质量好、尺寸大、抗光损伤阈值高等优点，并且，这两种晶体同时具有激光发射和非线性光学效应，受激发射截面适中，位于Nd:YCOB和NYAB之间，既能为被动调Q提供足够强的激光发射，又保持了极佳的能量存储能力，其荧光寿命高达256微秒，有利于获得高能量、高峰值功率的脉冲自倍频激光输出，综合性能十分优异。这两种晶体的脉冲自倍频激光LD泵浦的被动调Q性能(脉冲能量、峰值功率)优于以前发现的所有自倍频晶体；另外，本实用新型采用一块自倍频激光晶体替代激光晶体和非线性晶体两块晶体，由其制成的激光器体积更小，结构更加紧凑，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提高了生产效率。
本实用新型所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的工作过程为：半导体激光泵浦源发射泵浦激光，泵浦激光依次通过所述谐振腔入射镜、所述可饱和吸收体，进入所述自倍频激光晶体，即所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体，自倍频晶体产生1064nm的近红外激光，在可饱和吸收片的作用下实现被动调Q(即由连续波转变为脉冲波)，再经自倍频晶体的非线性倍频产生532nm的脉冲绿光，由谐振腔输出镜一端输出腔外。
根据本实用新型优选的，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统，所述聚焦系统安放在所述半导体激光泵浦源及所述谐振腔入射镜之间，所述自倍频激光晶体安放在所述聚焦系统的焦距上。
此处设计的优势在于，提高了泵浦激光与谐振腔激光的模式匹配度。
根据本实用新型优选的，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的通光方向长度为(5-20)mm；所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体均为长方体或柱状；所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的钕离子掺杂浓度为(0.1–2)at.％。
根据本实用新型优选的，所述Nd:CNGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，其中，θ的取值范围为31.6°-41.6°，φ的取值范围为25.0°-35.0°，所述Nd:CNGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，θ1的取值范围为51.5°-61.5°，φ1的取值范围为-5°-5°；所述Nd:CTGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2的取值范围为33.7°-43.7°，φ2的取值范围为25.0°-35.0°，所述Nd:CTGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，其中，θ3的取值范围为56.1°-66.1°，φ3的取值范围为(-5)°-5°。
根据本实用新型优选的，所述谐振腔入射镜镀到所述可饱和吸收片上，所述可饱和吸收片左侧通光端面上镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜，所述可饱和吸收片右侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm的增透膜。
此处设计的优势在于，利于泵浦激光的透过，基频激光的被动调Q，以及倍频激光在谐振腔输出端的输出。
根据本实用新型优选的，所述谐振腔输出镜镀到所述自倍频激光晶体上，所述自倍频激光晶体的左侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜，所述自倍频激光晶体的右侧通光端面上镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、532nm增透膜。
此处设计的优势在于，利于泵浦激光的吸收，基频激光的腔内振荡和被动调Q，以及倍频激光在谐振腔输出端的输出。
根据本实用新型优选的，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的两个通光端面抛光后镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜。
根据本实用新型优选的，所述可饱和吸收片的两端面均镀有(798-818)nm、1064nm增透膜。
此处设计的优势在于，利于泵浦激光的透过和被动调Q的实现。
根据本实用新型优选的，所述半导体激光泵浦源为中心波长为(798-818)nm的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器；所述谐振腔入射镜镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜；所述谐振腔输出镜镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、对532nm光高透的介质膜；所述可饱和吸收片为Cr:YAG晶体、GaAs半导体、石墨烯、MoS2、WS2中的任一种。
此处设计的优势在于，利于泵浦激光的透过、基频激光的振荡及倍频激光在谐振腔输出端的输出。
本实用新型的有益效果为：
1、结构紧凑。本实用新型的自倍频激光晶体为Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体，自倍频晶体沿相位匹配方向切割，同时起到激光和非线性变频两种功能，由其制成激光器体积更小，结构更加紧凑。
2、造价低。本实用新型采用一块自倍频激光晶体替代激光晶体和非线性晶体两块晶体，生产成本大大降低，同时也简化了加工和装配环节，提高了生产效率。
3、易推广。Nd:CNGS晶体及Nd:CTGS晶体为提拉法生长，制备方便，生长周期短，晶体光学质量好，容易得到大体块单晶，并且抗光损伤阈值高、储能本领大，其半导体激光泵浦源的被动调Q自倍频性能优于以往所有自倍频晶体，具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构示意图；
图3为实施例2所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器产生的脉冲序列和单脉冲宽度示意图；
图4为实施例2所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器产生的输出的自倍频激光光谱示意图；
图5为本实用新型实施例3所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构示意图；
图6为本实用新型实施例4所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构示意图；
图7为本实用新型实施例5所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构示意图；
其中，1、半导体激光泵浦源，2、聚焦系统.，3、谐振腔入射镜，4、可饱和吸收片，5、自倍频激光晶体，6、谐振腔输出镜。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，包括依次沿光路安放的半导体激光泵浦源1、谐振腔入射镜3、可饱和吸收片4、自倍频激光晶体5及谐振腔输出镜6，所述自倍频激光晶体5为Nd:CNGS晶体，所述Nd:CNGS晶体的切割方向为沿1064nm倍频相位匹配方向，所述Nd:CNGS晶体的钕离子掺杂浓度为0.5at.％。
所述Nd:CNGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，其中，θ的取值为36.6°，φ的取值为30.0°，所述Nd:CNGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，其中，θ1的取值为56.5°，φ1的取值为0°。
所述半导体激光泵浦源1为中心波长为808nm的直接输出半导体激光器。
所述谐振腔入射镜3镀到所述可饱和吸收片4上，所述可饱和吸收片4左侧通光端面上镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜，所述可饱和吸收片4右侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm的增透膜。
所述谐振腔输出镜镀6到所述自倍频激光晶体5上，所述自倍频激光晶体5的左侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜，所述自倍频激光晶体5的右侧通光端面上镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、532nm增透膜。
所述可饱和吸收片4为透过率为94％的Cr:YAG晶体，厚度为0.7mm。
本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构如图1所示。
实施例2
根据实施例1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其区别在于，所述自倍频激光晶体5为Nd:CTGS晶体，所述Nd:CTGS晶体的通光方向长度为13mm，所述Nd:CTGS晶体的切割方向为沿1064nm倍频相位匹配方向，所述Nd:CTGS晶体的钕离子掺杂浓度为0.5at.％。
所述Nd:CTGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，其中，θ2的取值为38.7°，φ2的取值范围为30.0°，所述Nd:CTGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，其中，θ3的取值范围为61.1°，φ3的取值范围为0°。
实施例3
根据实施例1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其区别在于，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统2，所述聚焦系统2安放在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，所述自倍频激光晶体5安放在所述聚焦系统2的焦距上。
所述谐振腔入射镜3与所述可饱和吸收片4独立安放，所述谐振腔入射镜3镀有对808nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜。所述可饱和吸收片4的两端面均镀有808nm、1064nm增透膜。
所述谐振腔输出镜6与所述自倍频激光晶体5独立安放，所述谐振腔输出镜6镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、对532nm光高透的介质膜。所述自倍频激光晶体5两个通光端面抛光后镀有808nm、1064nm、532nm增透膜；
本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构如图2所示。
当半导体激光泵浦源1的功率为3W时，获得9.7mW的自倍频绿光输出，重复频率和单脉冲宽度分别为1.43kHz、14.2ns，对应6.8μJ的单脉冲能量和480W的峰值功率，这是到目前为止单脉冲能量和峰值功率最高的LD泵浦被动调Q自倍频输出，相对于泵浦激光，峰值功率提高了240倍。
图3为本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器产生的脉冲序列和单脉冲宽度示意图；
图4为本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器产生的输出的自倍频激光光谱示意图；
实施例4
根据实施例1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其区别在于，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统2，所述聚焦系统2安放在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，所述自倍频激光晶体5安放在所述聚焦系统2的焦距上。
所述谐振腔输出镜6与所述自倍频激光晶体独立安放，所述谐振腔输出镜6镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、对532nm光高透的介质膜。所述自倍频激光晶体两个通光端面抛光后镀有808nm、1064nm、532nm增透膜；
本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构如图5所示。
实施例5
根据实施例1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其区别在于，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统3，所述聚焦系统3安放在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，所述自倍频激光晶体5安放在所述聚焦系统2的焦距上。
所述谐振腔入射镜3与所述可饱和吸收片4独立安放，所述谐振腔入射镜3镀有对808nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜。所述可饱和吸收片4的两端面均镀有808nm、1064nm增透膜。
本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构如图6所示。
实施例6
根据实施例1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其区别在于，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统2，所述聚焦系统2安放在所述半导体激光泵浦源1及所述谐振腔入射镜3之间，所述自倍频激光晶体5安放在所述聚焦系统2的焦距上。
本实施例所述的被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器的结构如图7所示。
Claims (10)
1.一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，包括从左到右依次沿光路安放的半导体激光泵浦源、谐振腔入射镜、可饱和吸收片、自倍频激光晶体及谐振腔输出镜，其特征在于，所述自倍频激光晶体为Nd:CNGS晶体或Nd:CTGS晶体，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的通光方向长度为(0.1-100)mm，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的切割方向均为沿1064nm倍频相位匹配方向。
2.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器还包括聚焦系统，所述聚焦系统安放在所述半导体激光泵浦源及所述谐振腔入射镜之间，所述自倍频激光晶体安放在所述聚焦系统的焦距上。
3.根据权利要求1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的通光方向长度为(5-20)mm；所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体均为长方体或柱状。
4.根据权利要求1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:CNGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ,φ)，其中，θ的取值范围为31.6°-41.6°，φ的取值范围为25.0°-35.0°，所述Nd:CNGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，其中，θ1的取值范围为51.5°-61.5°，φ1的取值范围为-5°-5°；所述Nd:CTGS晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2的取值范围为33.7°-43.7°，φ2的取值范围为25.0°-35.0°，所述Nd:CTGS晶体的II类相位匹配的切割角为(θ3,φ3)，θ3的取值范围为56.1°-66.1°，φ3的取值范围为(-5)°-5°。
5.根据权利要求1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述谐振腔入射镜镀到所述可饱和吸收片上，所述可饱和吸收片左侧通光端面上镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜，所述可饱和吸收片右侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm的增透膜；所述谐振腔输出镜镀到所述自倍频激光晶体上，所述自倍频激光晶体的左侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜，所述自倍频激光晶体的右侧通光端面上镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、532nm增透膜。
6.根据权利要求2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述谐振腔入射镜镀到所述可饱和吸收片上，所述可饱和吸收片左侧通光端面上镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜，所述可饱和吸收片右侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm的增透膜。
7.根据权利要求2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述谐振腔输出镜镀到所述自倍频激光晶体上，所述自倍频激光晶体的左侧通光端面上镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜，所述自倍频激光晶体的右侧通光端面上镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、532nm增透膜。
8.根据权利要求2或6所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:CNGS晶体或所述Nd:CTGS晶体的两个通光端面抛光后镀有(798-818)nm、1064nm、532nm增透膜。
9.根据权利要求2或7所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述可饱和吸收片的两端面均镀有(798-818)nm、1064nm增透膜。
10.根据权利要求1或2所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述半导体激光泵浦源为中心波长为(798-818)nm的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器；所述谐振腔入射镜镀有对(798-818)nm光高透、对1064nm光和532nm光高反的介质膜；所述谐振腔输出镜镀有对(798-818)nm光和1064nm光高反、对532nm光高透的介质膜；所述可饱和吸收片为Cr:YAG晶体、GaAs半导体、石墨烯、MoS2、WS2中的任一种。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151216 Termination date: 20180824 |