CN209434593U - 一种长脉冲绿光激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种长脉冲绿光激光器，包括全反镜、光学四分之一波片、预设长度的光纤、调Q开关、输出镜、用于给激光晶体提供能量的泵浦源、用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量的激光晶体和用于对输出的激光进行倍频的倍频模块，其中全反镜、光学四分之一波片、光纤、激光晶体、调Q开关、输出镜依次排列组成激光谐振腔，泵浦源在激光晶体的侧部，对激光晶体进行光泵浦，激光谐振腔产生的激光由倍频模块倍频后输出。本实用新型在激光谐振腔中加入光纤，增加激光在激光谐振腔内往返的距离，从而获得长脉冲激光输出；通过加入光学四分之一波片保证了激光往返通过光纤后偏振态不变，实现了在不增加腔内损耗的情况下获得线偏振长脉冲激光器输出。

Description

一种长脉冲绿光激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种长脉冲绿光激光器。

背景技术

激光的出现促进了非线性光学的发展，由此产生了倍频技术，倍频技术可以将红外波段的激光转换为可见光波段的激光，其中应用最多的是将1um波段的近红外激光转换了500um波段的绿光激光，倍频技术的出现扩展了激光输出波段的范围，也扩大了激光的应用领域。目前短脉冲激光脉冲倍频技术已经比较成熟，并得到了广泛的应用。

百ns、us甚至更长量级的长脉冲绿光激光具有很多应用，例如激光医疗、材料表面处理、高反材料焊接等，但是长脉冲绿光激光的应用并没有得到普及，其主要原因首先是没有可靠的方法产生红外长脉冲激光，目前只能通过修改泵浦模块或Q开关的高压放电电路展宽激光脉冲，这种方法对放电波形精度要求较高，降低输出脉冲的稳定性；然后由于长脉冲激光峰值能量较低，且输出一般为非偏振光，使得长脉冲激光倍频效率较低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种长脉冲绿光激光器，所述激光器包括全反镜、光学四分之一波片、预设长度的光纤、调Q开关、输出镜、用于给激光晶体提供能量的泵浦源、用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量的激光晶体和用于对输出的激光进行倍频的倍频模块，其中所述全反镜、所述光学四分之一波片、所述光纤、所述激光晶体、所述调Q开关、所述输出镜依次排列组成激光谐振腔，所述泵浦源在所述激光晶体的侧部，对所述激光晶体进行光泵浦，所述激光谐振腔产生的激光由倍频模块倍频后输出。

进一步地，所述激光器还包括第一聚集透镜、第一准直透镜和第二聚集透镜，所述第一聚集透镜位于光学四分之一波片和所述光纤远离激光晶体的一端之间，所述第一准直透镜位于所述激光晶体与所述光纤靠近激光晶体的一端之间，所述第二聚集透镜位于所述激光晶体和调Q开关之间。

进一步地，所述激光谐振腔还包括偏振片，所述偏振片位于所述激光晶体和调Q开关之间，所述激光晶体输出的激光经过偏振片后输出给调Q开关。

进一步地，所述倍频模块包括腔内倍频晶体和腔外倍频晶体，所述腔内倍频晶体位于所述激光谐振腔内且于所述调Q开关与输出镜之间，所述腔外倍频晶体位于激光谐振腔外且位于所述输出镜后，所述调Q开关输出的激光经过腔内倍频晶体倍频后输出给输出镜，所述输出镜输出的激光经过腔外倍频晶体倍频后输出。

进一步地，所述激光谐振腔外还设置有第三聚集透镜和第二准直透镜，所述第三聚集透镜设置于所述输出镜和腔外倍频晶体之间，所述第二准直透镜设置于所述腔外倍频晶体后，所述输出镜输出的激光经过第三聚集透镜后进入腔外倍频晶体，经腔外倍频晶体倍频后经过第二准直透镜对激光进行准直后输出。

进一步地，所述倍频模块包括腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体，所述腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体依次排列设置所述激光谐振腔外且位于所述输出镜后，所述输出镜输出的激光依次经过腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体后输出。

进一步地，所述激光谐振腔外还设置有第四聚集透镜、第五聚集透镜和第三准直透镜，所述四聚集透镜设置于所述输出镜和腔外第一倍频晶体之间，所述第五聚集透镜设置于所述腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体之间，所述第三准直透镜设置于所述第二倍频晶体。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型通过在谐振腔中加入光纤的方式，增加激光在激光谐振腔内往返的距离，起到展宽腔长的作用，根据调Q原理，激光谐振腔输出的激光脉冲的宽度和激光在激光谐振腔往返一周的距离成正比，因此腔内光纤的长度决定输出激光脉冲的宽度，通过设置光纤的长度可获得长脉冲绿光激光输出；通过加入光学四分之一波片保证了激光往返通过光纤后偏振态不变，实现了在不增加腔内损耗的情况下获得线偏振长脉冲激光器输出。

2.保留了普通调Q激光器成熟可靠的电控部分，无需进行任何修改，保证了激光器产生稳定的长脉冲激光

3.采用两级倍频结构，避免了因单块倍频晶体长度过长导致对环境条件和红外激光脉冲入射条件要求过高。

附图说明

图1为本实施例提供的一种长脉冲绿光激光器的结构示意图；

图2为本实施例提供的另一种长脉冲绿光激光器的结构示意图；

图3为本实施例提供的输出长脉冲绿光激光脉冲波形；

附图标记说明：1、全反镜，2、光学四分之一波片，3、第一聚集透镜，4、光纤，5、第一准直透镜，6、激光晶体，7、第二聚集透镜，8、偏振片，9、调Q开关，10、腔内倍频晶体，11、输出镜，12、第三聚集透镜、13、腔外倍频晶体，14、第二准直透镜，15、氙灯，16、电源，17、第四聚集透镜，18、腔外第一倍频晶体，19、第五聚集透镜，20、腔外第二倍频晶体，21、第三准直透镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，作为实用新型的一个具体实施例，提供的一种长脉冲绿光激光器，包括全反镜1、光学四分之一波片2、预设长度的光纤4、调Q开关9、输出镜11、用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量的激光晶体6、用于给激光晶体提供能量的泵浦源泵浦源、用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量的激光晶体6和用于对输出的激光进行倍频的倍频模块，其中所述全反镜1、所述光学四分之一波片2、所述光纤4、所述激光晶体6、所述调Q开关9、所述输出镜11依次排列组成激光谐振腔，所述泵浦源在所述激光晶体6的侧部，对所述激光晶体6进行光泵浦，所述激光晶体用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量，并在激光谐振腔内形成激光振荡，所述激光谐振腔产生的1064nm激光由倍频模块倍频后输出，从而输出532nm激光，即绿光激光。

优选地，所述激光器还包括第一聚集透镜3、第一准直透镜5和第二聚集透镜7，所述第一聚集透镜3位于光学四分之一波片2和所述光纤4远离激光晶体6的一端之间，所述第一准直透镜5位于所述激光晶体6与所述光纤4靠近激光晶体6的一端之间，所述第二聚集透镜7位于所述激光晶体6和调Q开关之间。

优选地，所述激光谐振腔还包括偏振片8，所述偏振片8位于所述激光晶体6和调Q开关9之间，所述激光晶体6输出的激光经过偏振片8后输出给调Q开关9。

优选地，所述倍频模块包括腔内倍频晶体10和腔外倍频晶体13，所述腔内倍频晶体10位于所述激光谐振腔内且于所述调Q开关9与输出镜11之间，所述腔外倍频晶体位于所述激光谐振腔外且位于所述输出镜11后，所述调Q开关9输出的激光经过腔内倍频晶体10倍频后输出给输出镜11，所述输出镜11输出的激光经过腔外倍频晶体13倍频后输出。

优选地，所述腔内倍频晶体10和腔外倍频晶体13均可绕光轴旋转，使腔内倍频晶体10和腔外倍频晶体13位于倍频效率最大的位置

优选地，所述激光谐振腔外还设置有第三聚集透镜12和第二准直透镜14，所述第三聚集透镜12设置于所述输出镜11和腔外倍频晶体13之间，所述第二准直透镜14设置于所述腔外倍频晶体13后，所述输出镜11输出的激光经过第三聚集透镜12后进入腔外倍频晶体13，经腔外倍频晶体13倍频后经过第二准直透镜14对激光进行准直后输出。

上述实施例中，所述全反镜1镀有1064nm高反膜，全反镜1和透镜第一聚集透镜3用于将光纤4出射的光再次反射耦合回中；在谐振腔中加入光纤4的方式，激光在全反镜和激光晶体之间往返都需要经过所述光纤，从而增加激光在激光谐振腔内往返的距离，起到展宽腔长的作用，根据调Q原理，激光谐振腔输出的激光脉冲的宽度和激光在激光谐振腔往返一周的距离成正比，因此光纤4的长度决定输出激光脉冲的宽度，可根据所需脉冲宽度合理的选择光纤的长度，另外，由于光纤细且可盘绕的特性，加入光纤后基本不增加整个激光谐振腔的体积；所述第一准直透镜5将激光耦合到光纤4中的同时又将光纤4出射的光准直通过激光晶体6；激光晶体6提供光增益，激光晶体6可选掺Nd的晶体，例如Nd:YAG或Nd:YVO4等，激光晶体6由泵浦源进行光泵浦，所述泵浦源包括氙灯15和电源16，氙灯15进行泵浦，氙灯15由电源16供电；第二聚集透镜7将光聚焦通过调Q开关9，调Q开关9可选择电光调Q开关9、声光调Q开关9或者被动调Q开关9，被动Q开关可选Cr:YAG或LiF；偏振片8决定输出激光脉冲为线偏振光；输出镜11镀有1064nm部分透过膜，对通过输出镜11的1064nm激光具有特定的透过率，获得激光输出。

由于百ns或us量级的长脉冲激光的应用场合所需的脉冲能量较高，通常在百mJ以上，因此腔内光纤4需要纤芯直径较大的多模光纤4，一般为数百um，对于该量级纤芯直径的多模光纤4只有非保偏光纤4类型，尚无可用的保偏光纤4类型，这就导致线偏振激光进入到光纤4中传播时偏振态会随机变化，使得激光往返通过光纤4后的偏振态改变，由于偏振片8只能通过特定偏振方向的线偏光，光纤4输出的激光通过时绝大部分激光会被偏振片8所阻挡，造成很大的腔内损耗，降低了整个激光器的效率和稳定性；为了让激光往返通过光纤4后偏振态保持不变，在全反镜1和第一聚集透镜3之间加入光学四分之一波片2，首次通过光纤4的激光通过光学四分之一波片2后偏振态旋转了90度，然后再次通过光纤4，激光偏振态旋转后光纤4对其偏振态的作用正好和旋转前的作用抵消，使得激光往返通过光纤4后偏振态保持不变，可以全部通过偏振片8。

由于长脉冲红外激光的峰值功率较低，为了提高倍频效率一般采用较长的倍频晶体(>10mm)，但是增加倍频晶体的长度也会导致对倍频条件的要求更为苛刻，例如对环境温度和激光光束质量的要求，否则反而会降低倍频效率；为了在获得高倍频效率的同时降低倍频条件的要求，图1所示的具体实施例具有两级倍频，倍频晶体可选KTP、LBO或BBO等晶体，每级倍频晶体的长度较短，可小于5mm，第一级倍频为腔内倍频，腔内倍频晶体10位于调Q开关9和输出镜11之间；第二级倍频为腔外倍频，谐振腔输出激光被第三聚集透镜12再次聚焦到腔外倍频晶体13上，优选地，腔内倍频晶体10和腔外倍频晶体13均可绕光轴旋转，使腔内倍频晶体10和腔外倍频晶体13位于倍频效率最大的位置，最后第二准直透镜14对激光进行准直后输出。

优选地，所述激光谐振腔外且位于所述输出镜11后依次排列设置有腔外第一倍频晶体18和腔外第二倍频晶体20，所述输出镜11输出的激光依次经过腔外第一倍频晶体18和腔外第二倍频晶体20后输出。

优选地，所述激光谐振腔外还设置有第四聚集透镜17、第五聚集透镜19和第三准直透镜21，所述四聚集透镜设置于所述输出镜11和腔外第一倍频晶体18之间，所述第五聚集透镜19设置于所述腔外第一倍频晶体18和腔外第二倍频晶体20之间，所述第三准直透镜21设置于所述第二倍频晶体。

优选地，腔外第一倍频晶体18和腔外第二倍频晶体20均可绕光轴旋转，使第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体20位于倍频效率最大的位置。

作为图1所示的具体实施例的替代，图2所示的具体实施例采用两级腔外倍频，激光从激光谐振腔输出后由第四聚集透镜17聚焦到腔外第一倍频晶体18，然后再由第五聚集透镜19将激光再一次聚焦到腔外第二倍频晶体20上，最后第三准直透镜21对激光进行准直后输出。

图3为光纤4长度为20m时的输出长脉冲绿光激光脉冲波形，此时脉冲宽度为800ns。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述激光器包括全反镜、光学四分之一波片、预设长度的光纤、调Q开关、输出镜、用于给激光晶体提供能量的泵浦源、用于将泵浦源的能量转化为1064nm激光能量的激光晶体和用于对输出的激光进行倍频的倍频模块，其中所述全反镜、所述光学四分之一波片、所述光纤、所述激光晶体、所述调Q开关、所述输出镜依次排列组成激光谐振腔，所述泵浦源在所述激光晶体的侧部，对所述激光晶体进行光泵浦，所述激光谐振腔产生的激光由倍频模块倍频后输出。

2.根据权利要求1所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述激光器还包括第一聚集透镜、第一准直透镜和第二聚集透镜，所述第一聚集透镜位于光学四分之一波片和所述光纤远离激光晶体的一端之间，所述第一准直透镜位于所述激光晶体与所述光纤靠近激光晶体的一端之间，所述第二聚集透镜位于所述激光晶体和调Q开关之间。

3.根据权利要求1所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔还包括偏振片，所述偏振片位于所述激光晶体和调Q开关之间，所述激光晶体输出的激光经过偏振片后输出给调Q开关。

4.根据权利要求1所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述倍频模块包括腔内倍频晶体和腔外倍频晶体，所述腔内倍频晶体位于所述激光谐振腔内且于所述调Q开关与输出镜之间，所述腔外倍频晶体位于激光谐振腔外且位于所述输出镜后，所述调Q开关输出的激光经过腔内倍频晶体倍频后输出给输出镜，所述输出镜输出的激光经过腔外倍频晶体倍频后输出。

5.根据权利要求4所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔外还设置有第三聚集透镜和第二准直透镜，所述第三聚集透镜设置于所述输出镜和腔外倍频晶体之间，所述第二准直透镜设置于所述腔外倍频晶体后，所述输出镜输出的激光经过第三聚集透镜后进入腔外倍频晶体，经腔外倍频晶体倍频后经过第二准直透镜对激光进行准直后输出。

6.根据权利要求1所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述倍频模块包括腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体，所述腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体依次排列设置所述激光谐振腔外且位于所述输出镜后，所述输出镜输出的激光依次经过腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体后输出。

7.根据权利要求6所述的长脉冲绿光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔外还设置有第四聚集透镜、第五聚集透镜和第三准直透镜，所述四聚集透镜设置于所述输出镜和腔外第一倍频晶体之间，所述第五聚集透镜设置于所述腔外第一倍频晶体和腔外第二倍频晶体之间，所述第三准直透镜设置于所述第二倍频晶体后。