CN211879768U - 一种双波长泵浦紫外激光器发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，包括按照π偏振泵浦方式固定的第一激光二极管、第二激光二极管，非球面镜，波长合束片，平凸聚焦镜、激光晶体、第一凹面透镜、二倍频晶体、第一凹面反射镜；采用此结构的紫外激光发生装置，在增加泵浦光总功率的状态下，保留了激光晶体对泵浦光高的偏振吸收特性，实现泵浦光到基频光的光光转换效率高，从而产生高功率的紫外光。同时采用折叠型谐振腔，通过改变腔长可以方便调整激光晶体内的模式匹配，提高基频光转换效率，实现输出功率高，稳定性高的紫外激光器。

Description

一种双波长泵浦紫外激光器发生装置

技术领域

本实用新型涉及激光发生装置领域，具体涉及一种双波长泵浦紫外激光器发生装置。

背景技术

紫外激光器因其波长短，聚焦光斑小，能量集中，可以直接破坏连接物质原子组分的化学键加工物质，而不会破坏周围环境，被广泛用于工业、医疗、生物化学科研等领域。半导体二极管泵浦紫外激光器具有光束质量好、功率稳定性好、可靠性高、使用方便、体积小等优点。近年来利用非线性频率变化获得紫外激光器输出的研究已经成为激光技术领域的一个研究热点。其中，利用掺镨(Pr)材料可产生可见光波段的激光发射谱线，再通过倍频技术产生紫外激光是一种方式。目前，连续的紫外激光器在荧光吸收、拉曼光谱、基因检测、生物化工等科研应用中的需求日益增加。

中国专利CN104752948B公开的《一种利用456nm全固态激光泵浦Pr：YLF实现639nm激光输出的装置及方法》采用半导体端泵Nd:GdVO₄晶体输出912nm激光，倍频后获得456nm激光作为泵浦源，用于泵浦Pr:YLF晶体并获得639nm橙光输出，这种泵浦方式工艺复杂，成本高，体积大，不适合批量生产。

中国专利CN103117509B公开的《蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的696nm红光全固态激光器》采用单只444nm激光二极管泵浦Pr:YLF晶体产生696nm红光输出。单只激光二极管泵浦激光晶体产生的激光输出功率有限，主要是由于泵浦源功率有限，如何能提高泵浦源的功率并同时还可以保持激光晶体对泵浦源的吸收效率是一直关注的热点。

发明内容

鉴于上述技术问题和缺陷，本实用新型的目的在于提供一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，该装置采用双波长半导体二极管作为泵浦光源，采用腔内倍频方式，具有较大功率和高稳定性、高可靠性，结构简单，成本低廉的优势。

为实现上述目的，本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，包括泵浦系统和V型谐振腔；所述泵浦系统包括输出功率为1.4W的444nm波长的第一激光二极管、输出功率1.5W的479nm波长的第二激光二极管、焦距为4mm的非球面镜、波长合束片、焦距为12mm的平凸聚焦镜；其中，所述第一激光二极管与第二激光二极管按照π偏振方式固定；所述非球面镜用于将泵浦光对准波长合束片方向，压缩发散角，形成准直光线；所述波长合束片的一面对444nm镀45°入射的透射膜，另一面对479nm镀45°入射的反射膜，第一激光二极管、第二激光二极管泵浦源发出的泵浦光经非球面镜准直后利用波长合束片合成一束光；所述平凸聚焦镜用于将合束后的光聚焦后直接射入V型谐振腔中的激光晶体内；

所述V型谐振腔包括激光晶体、第一凹面透镜、二倍频晶体、第一凹面反射镜；所述激光晶体为Pr：YLF晶体，激光晶体的前端面镀有对440-480nm高透射的介质膜和对522nm基频光高反射的介质膜，激光晶体的后端面镀有对440-480nm和522nm高透射的介质膜，激光晶体吸收泵浦光能量后产生受激发射，发射出的光在V型谐振腔内振荡从而产生522nm基频光，522nm基频光经过二倍频晶体得到紫外波长261nm激光，最终从第一凹面透镜输出；所述第一凹面透镜表面镀有对522nm高反射的介质膜；所述二倍频晶体的两个端面镀有522nm增透膜；所述的第一凹面反射镜表面镀有对倍频光261nm、基频光522nm高反射的介质膜。

作为本实用新型的优选，所述二倍频晶体的匹配方式为I类相位匹配或II类相位匹配。

作为本实用新型的优选，所述激光晶体中Pr的掺杂浓度为0.5％，其尺寸为3×3×5mm³；所述二倍频晶体的切割角度为49°，其尺寸为2×2×3mm³。

作为本实用新型的优选，所述第一凹面镜的曲率半径是-200mm，所述第一凹面反射镜的曲率半径是-100mm。

作为本实用新型的进一步优选，所述I类相位匹配包括偏硼酸钡光学晶体或三硼酸锂光学晶体；所述II类相位匹配包括磷酸二氢钾光学晶体或六硼酸铯锂光学晶体。

本实用新型的优点和有益效果：

1、本实用新型提供的紫外激光器发生装置结构简单、体积小、成本低、应用广泛，该装置采用不同波长的激光二极管按照π偏振方式固定作为泵浦源，在保留激光晶体对泵浦光高的吸收效率的同时增大了泵浦功率，从而增加光光转换效率，使最终产生更高功率的紫外光。

2、本实用新型提供的发生装置由于其具有折叠型(V型)谐振腔，通过改变腔长可以方便调整激光晶体内的模式匹配(激光晶体处泵浦光与晶体处振荡激光的模式配合)，提高基频光转换效率。同时实现激光晶体内较大的模体积与倍频激光晶体内较小的模体积，从而减少腔内损耗，并能兼顾提高倍频效率，实现输出效率高，稳定性高的紫外激光器。

附图说明

图1是本实用新型的双波长泵浦紫外激光发生装置的结构示意图；

图2是本实用新型中的激光晶体的偏振吸收特性图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供的一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，包括泵浦系统和V型谐振腔；所述的泵浦系统包括输出功率为1.4W的444nm波长的第一激光二极管1，输出功率1.5W的479nm波长的第二激光二极管3，焦距为4mm的非球面镜2、4，尺寸为5×5×2mm³的波长合束5，焦距为12mm的平凸聚焦镜6；其中，第一激光二极管1与第二激光二极管3按照π偏振方式固定；所述非球面镜2、4用于将泵浦光对准波长合束片方向，压缩发散角，形成准直光线；所述波长合束片5的一面对444nm镀45°入射的透射膜，另一面对479nm镀45°入射的反射膜，第一激光二极管1、第二激光二极管3泵浦源发出的泵浦光经非球面镜2、4准直后利用波长合束片5合成一束光；所述平凸聚焦镜6用于将合束后的光聚焦后直接射入V型谐振腔中激光晶体内；

所述V型谐振腔包括激光晶体7、第一凹面透镜8、二倍频晶体9、第一凹面反射镜10；所述激光晶体为Pr：YLF晶体，激光晶体7中Pr的掺杂浓度为0.5％，其尺寸为3×3×5mm³，激光晶体的前端面(泵浦端面)镀有对440-480nm高透射的介质膜和对522nm基频光高反射的介质膜，激光晶体的后端面镀有对440-480nm和522nm高透射的介质膜，激光晶体吸收泵浦光能量后产生受激发射，发射出的光在V型谐振腔内振荡从而产生522nm基频光，522nm基频光经过二倍频晶体9得到紫外波长倍频光，最终从第一凹面透镜8输出；所述第一凹面透镜8表面镀有对522nm高反射的介质膜，第一凹面透镜的曲率半径是-200mm；所述二倍频晶体9的两个端面镀有522nm增透膜，二倍频晶体的切割角度为49°，其尺寸为2×2×3mm³；所述的第一凹面反射镜10表面镀有对倍频光261nm、基频光522nm高反射的介质膜，第一凹面反射镜的曲率半径是-100mm。

进一步，所述二倍频晶体9的匹配方式为I类相位匹配方式BBO(偏硼酸钡光学晶体)；在其它可选择的实施方式中，所述的二倍频晶体9的匹配方式还可以为I类相位匹配方式的LBO(三硼酸锂光学晶体)、II类相位匹配方式的KTP(磷酸二氢钾光学晶体)或Ⅱ类相位匹配方式CLBO(六硼酸铯锂光学晶体)中的一种。

本实用新型的紫外激光发生装置的工作原理为：不同波长的半导体激光泵浦源(第一激光二极管1、第二激光二极管3)采用π偏振的方式固定，其发出的泵浦光经非球面镜2、4准直后，利用波长合束片5合成一束光，在经平凸聚焦镜6会聚后直接射入激光晶体7内，激光晶体7吸收泵浦光能量后产生受激发射，发射出的光在V型谐振腔内(其中晶体前端面镀膜为腔镜，第一凹面透镜8为输出镜，第一凹面反射镜10为全反镜)振荡从而产生基频光，该基频光经过二倍频晶体9最终得到紫外波长倍频光输出。

如图2所示，本实用新型中的激光晶体Pr：YLF在444nm、469nm、479nm有吸收峰，同时晶体对泵浦光有偏振吸收特性，利用这个偏振吸收特性，将两个波长的激光二极管，采用波长合束，在泵浦激光晶体Pr：YLF时，444nm和479nm激光二极管相对于晶体都是π偏振方向，保留了高的吸收效率，从而得到高功率的紫外激光输出。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，其特征在于，包括泵浦系统和V型谐振腔；所述泵浦系统包括输出功率为1.4W的444nm波长的第一激光二极管、输出功率1.5W的479nm波长的第二激光二极管、焦距为4mm的非球面镜、波长合束片、焦距为12mm的平凸聚焦镜；其中，第一激光二极管与第二激光二极管按照π偏振方式固定；所述非球面镜用于将泵浦光对准波长合束片方向，压缩发散角，形成准直光线；所述波长合束片的一面对444nm镀45°入射的透射膜，另一面对479nm镀45°入射的反射膜，第一激光二极管、第二激光二极管泵浦源发出的泵浦光经非球面镜准直后利用波长合束片合成一束光；所述平凸聚焦镜用于将合束后的光聚焦后直接射入V型谐振腔内激光晶体内；

所述V型谐振腔包括激光晶体、第一凹面透镜、二倍频晶体、第一凹面反射镜；所述激光晶体为Pr：YLF晶体，激光晶体的前端面镀有对440-480nm高透射的介质膜和对522nm基频光高反射的介质膜，激光晶体的后端面镀有对440-480nm和522nm高透射的介质膜，激光晶体吸收泵浦光能量后产生受激发射，发射出的光在V型谐振腔内振荡从而产生522nm基频光，522nm基频光经过二倍频晶体得到紫外波长倍频光，最终从第一凹面透镜输出；所述第一凹面透镜表面镀有对522nm高反射的介质膜；所述二倍频晶体的两个端面镀有522nm增透膜；所述的第一凹面反射镜表面镀有对基频光522nm、倍频光261nm高反射的介质膜。

2.根据权利要求1所述的一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，其特征在于，所述二倍频晶体的匹配方式为I类相位匹配或II类相位匹配。

3.根据权利要求1所述的一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，其特征在于，所述激光晶体的尺寸为3×3×5mm³；所述二倍频晶体的切割角度为49°，其尺寸为2×2×3mm³。

4.根据权利要求1所述的一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，其特征在于，所述第一凹面透镜的曲率半径是-200mm，所述第一凹面反射镜的曲率半径是-100mm。

5.根据权利要求2所述的一种双波长泵浦紫外激光器发生装置，其特征在于，所述I类相位匹配包括偏硼酸钡光学晶体或三硼酸锂光学晶体；所述II类相位匹配包括磷酸二氢钾光学晶体或六硼酸铯锂光学晶体。

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