CN209358057U - 一种调q的固体双波长激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种调Q的固体双波长激光器，包括：掺钕激光晶体、Q开关、偏振元件、非线性光学晶体、泵浦系统、基波谐振腔以及光参量谐振腔。该激光器在电光调Q运行模式下，输出调Q的1.0mm波段的基波激光的同时，以基波激光作为泵浦光泵浦非线性光学晶体，通过光参量振荡输出高峰值功率的1.4~5mm波段的激光，弥补了目前的激光器由于该波段电光调Q晶体的缺乏而不能直接输出该波段调Q激光的不足，能够拓展调Q激光的应用；此外，一台双波长激光器能输出两个不同波长的高峰值功率激光，起到两台不同激光器的作用，其系统结构紧凑，具有降低成本和使用方便的优点。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种新型的能同时输出两种调Q的双波长激光的固体激光器， 涉及固体激光器设计领域。
背景技术：
高峰值功率脉冲激光在非线性频率转换、激光雷达、激光医疗、美容以及新材料研究等领域有着广泛应用。为了提高固体激光器输出激光脉冲的峰值功率，需要采用调Q技术。目前电光调Q技术是较常用的调Q技术。一般不加调Q技术的固体激光器输出的激光脉冲的峰值功率约为几十千瓦量级，脉冲宽度为毫秒量级，而采用电光调Q技术所获的激光脉冲输出峰值功率可达几十兆瓦以上，脉冲宽度压缩为几个纳秒量级。
作为我国七大战略性新兴产业之一的新材料产业，成为21世纪初发展最快的高新技术产业之一，未来市场前景广阔。在新材料的研究开发过程中，材料性能如二阶非线性光学效应（又称倍频效应）的检测是一个重要环节。在检测过程中，需要采用高峰值功率的激光，目前，研究人员普遍的做法是利用Nd:YAG晶体的1.06μm电光调Q激光激发材料样品，然后通过探测器对样品是否产生532nm的倍频绿光检测分析，进而判定材料样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。然而有些应用于中远红外波段的新材料在可见光波段有着强烈的吸收，致使其倍频产生的532nm绿光被吸收而不能被有效探测，亟需开发出一种中远红外的调Q激光光源用来检测评估这一波段新材料的非线性光学效应。
电光调Q固体激光器的核心是电光调Q晶体。迄今为止，比较成熟的电光调Q晶体主要有KD*P、BBO和LN等,它们主要应用于1mm、1.3mm波段激光的电光调Q；然而，更长波段或更短波段的激光，由于半波电压高、损伤阈值低、透过率较低等原因，均没有可以应用的电光调Q晶体，因而不能直接实现其电光调Q的有效运转。
因此，如果采用其他的技术方案，开发出实用的中远红外波段的调Q激光器，能够弥补当前的激光器由于调Q晶体的缺失而不能直接输出中远红外调Q激光的不足，能拓展现有电光调Q激光的应用，尤其对非线性光学材料的研究和应用开发具有重要意义。
实用新型内容：
本实用新型的目的是利用目前广泛使用的固体掺钕激光晶体发射的1.0mm激光，通过电光调Q和腔内OPO技术，开发出一种简单实用、操作方便、结构紧凑的调Q固体双波长激光器，在一台激光器上实现调Q的1.0mm激光和1.4~5mm波段的OPO激光的同时输出。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种调Q的固体双波长激光器，采用掺钕激光晶体为激活介质，以氙灯或半导体激光器为泵浦源，在电光调Q工运行模式下，输出调Q的1.0mm波段的基波激光，并以此基波激光作为泵浦光泵浦非线性光学晶体，通过光参量振荡（即OPO）的作用输出调Q的1.4~5mm波段的OPO激光，其特征在于：该激光器包括基波谐振腔和OPO谐振腔；所述的基波谐振腔由第一输出耦合镜（1）和第二输出耦合镜（8）组成，OPO谐振腔由中间镜（6）和第二输出耦合镜（8）组成；第一输出耦合镜（1）镀对基波激光部分透过的介质膜，Q开关（2）和偏振元件（3）依次放置在第一输出耦合镜（1）和激光晶体（4）之间，分别对基波激光起调Q和起偏作用，激光晶体（4）两端抛光且镀对基波激光增透的介质膜，中间镜（6）镀对基波激光高透、对OPO激光全反的介质膜，非线性光学晶体（7）的两端面沿垂直于所需的OPO激光的相位匹配方向切割，第二输出耦合镜（8）镀对基波激光全反、对OPO激光部分透过的介质膜；调Q的1.0mm波段的基波激光在基波谐振腔内振荡，经由第一输出耦合镜（1）输出；同时OPO谐振腔内产生的OPO激光，经由第二输出耦合镜（8）输出。
作为本实用新型进一步的方案：所述的掺钕激光晶体为Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:YVO4、Nd:KGW或Nd:GdVO4晶体。
作为本实用新型进一步的方案：所述的泵浦系统的泵浦源包括脉冲或重复率脉冲驱动源和作为泵浦灯的氙灯。
作为本实用新型进一步的方案：所述的泵浦系统的泵浦源为激光二极管侧泵模块及其驱动源。
采用这种设计，一台双波长激光器能输出两个不同波长的激光，起到两台不同激光器的作用，其激光系统结构紧凑，具有降低成本和使用方便的优点。同时，该激光器输出的电光调Q的1.4~5mm波段的OPO激光，弥补了当前的激光器由于该波段调Q晶体的缺乏而不能直接输出该波段调Q激光的不足，为1.4~5mm波段调Q激光的输出提供了新的技术途径，能够拓展调Q激光的应用，在非线性频率转换、新材料研究等领域具有广阔的应用前景和重大的使用价值。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明：
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种调Q的固体双波长激光器的结构示意图。
图中所示：1、第一输出耦合镜，2、Q开关，3、偏振元件，4、激光晶体，5、泵浦系统，6、中间镜，7、非线性光学晶体，8、第二输出耦合镜。
具体实施方式：
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型实施例中，激光晶体（4）吸收泵浦系统（5）的泵浦光，产生1mm的基波激光在第一输出耦合镜（1）和第二输出耦合镜（8）组成的基波谐振腔内振荡；由于偏振元件（3）的起偏作用和Q开关（2）的调Q作用，在激光运转的情况下，产生调Q的1mm基波激光由第一输出耦合镜（1）输出。同时，非线性光学晶体（7）在1.0mm基波激光的泵浦下产生的OPO激光在中间镜（6）和第二输出耦合镜（8）组成的OPO腔内振荡，并由第二输出耦合镜（8）输出调Q的OPO激光。通过对各镜片的不同镀膜和选择不同的非线性光学晶体并进行不同OPO匹配角度的切割并调整泵浦光不同的入射角度可实现1.4~5mm波段激光的输出，满足不同的需求。
实施例1：氙灯泵浦Nd:YAG激光棒产生调Q的1.06mm激光和2.1mm 的OPO激光。
第一输出耦合镜1镀对1.06mm激光部分透过的介质膜。Q开关2采用1.0mm的Q开关。偏振元件3为1.0mm偏振片。激光晶体4为Nd:YAG棒，两端抛光且镀1.06mm增透的介质膜。泵浦系统5为脉冲泵浦电源激励的氙灯。中间镜6镀对1.06mm高透、对2.1mm全反的介质膜。非线性光学晶体7 选用匹配角为θ= 51.4°、φ=0°进行切割的KTP晶体。第二输出耦合镜8镀对1.06mm激光全反、对2.1mm波段激光部分透过的介质膜。
Nd:YAG棒吸收氙灯发出的泵浦光，产生1.06mm激光在第一输出耦合镜1和第二输出耦合镜8组成的基波谐振腔内振荡；由于偏振元件3的起偏作用和Q开关2的调Q作用，在激光运转的情况下，产生的1.06mm调Q激光由第一输出耦合镜1输出。同时，非线性光学晶体7在调Q的1064nm激光的泵浦下产生的高峰值功率的2.1mm的OPO激光由第二输出耦合镜8输出。
实施例2：氙灯泵浦Nd:YAG激光棒产生调Q的1.06mm激光和4.0mm的OPO激光。
第一输出耦合镜1镀对1.06mm激光部分透过的介质膜。Q开关2采用1.0mm的Q开关。偏振元件3为1.0mm偏振片。激光晶体4为Nd:YAG棒，两端抛光且镀1.06mm增透的介质膜。泵浦系统5为脉冲泵浦电源激励的氙灯。中间镜6镀对1.06mm高透、对4.0mm全反的介质膜。非线性光学晶体7 选用匹配角为θ= 44.4°、φ=0°进行切割的KTP晶体。第二输出耦合镜8镀对1.06mm全反和对4.0mm波段高透的介质膜。
Nd:YAG棒吸收氙灯发出的泵浦光，产生1.06mm激光在第一输出耦合镜1和第二输出耦合镜8组成的基波谐振腔内振荡；由于偏振元件3的起偏作用和Q开关2的调Q作用，在激光运转的情况下，产生的1.06mm调Q激光由第一输出耦合镜1输出。同时，非线性光学晶体7在调Q的1.06mm激光的泵浦下产生的高峰值功率的4.0mm的OPO激光由第二输出耦合镜8输出。
实施例3：LD泵浦Nd:YAG激光棒产生调Q的1.06mm激光和2.1mm 的OPO激光。与实施例1不同的是泵浦系统5为多个激光二极管（LD）侧面泵浦模块及其驱动源。
实施例4：LD泵浦Nd:YAG激光棒产生调Q的1.06mm激光和4.0mm的OPO激光。与实施例2不同的是泵浦系统5为多个激光二极管（LD）侧面泵浦模块及其驱动源。
实施例5：与实施例1，2，3，4不同的是激光晶体4为Nd:GGG、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:YVO4、Nd:KGW、Nd:GdVO4晶体中的一种。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种调Q的固体双波长激光器，采用掺钕激光晶体为激活介质，以氙灯或半导体激光器为泵浦源，在电光调Q运行模式下，输出调Q的1.0mm波段的基波激光，并以此基波激光作为泵浦光泵浦非线性光学晶体，通过光参量振荡（即OPO）的作用输出1.4~5mm波段的OPO激光，其特征在于：该激光器包括基波谐振腔和OPO谐振腔；所述的基波谐振腔由第一输出耦合镜（1）和第二输出耦合镜（8）组成，OPO谐振腔由中间镜（6）和第二输出耦合镜（8）组成；第一输出耦合镜（1）镀对基波激光部分透过的介质膜，Q开关（2）和偏振元件（3）依次放置在第一输出耦合镜（1）和激光晶体（4）之间，分别对基波激光起调Q和起偏作用，激光晶体（4）两端抛光且镀对基波激光增透的介质膜，中间镜（6）镀对基波激光高透、对OPO激光全反的介质膜，非线性光学晶体（7）的两端面沿垂直于所需的OPO激光的相位匹配方向切割，第二输出耦合镜（8）镀对基波激光全反、对OPO激光部分透过的介质膜；调Q的1.0mm波段的基波激光在基波谐振腔内振荡，经由第一输出耦合镜（1）输出；同时OPO谐振腔内产生的OPO激光，经由第二输出耦合镜（8）输出。
2.如权利要求1所述的一种调Q的固体双波长激光器，其特征在于：所述的掺钕激光晶体为Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:YVO4、Nd:KGW或Nd:GdVO4晶体。
3.如权利要求1所述的一种调Q的固体双波长激光器，其特征在于：所述的泵浦系统的泵浦源包括脉冲或重复率脉冲驱动源和作为泵浦灯的氙灯。
4.如权利要求1所述的一种调Q的固体双波长激光器，其特征在于：所述的泵浦系统的泵浦源为激光二极管侧泵模块及其驱动源。
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|---|---|---|---|---|
| WO2022083116A1 (zh) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | 苏州大学 | 一种基于体布拉格光栅的双波长谐振腔 |
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