CN216251607U - 一种高环境适应性的全固态激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高环境适应性的全固态激光器，包括光纤耦合半导体泵浦模块、准直聚焦耦合系统、激光晶体、偏振片、电光开关、四分之一波片和输出镜；光纤耦合半导体泵浦模块包括中心泵浦波长为801nm的半导体激光二极管，光纤耦合半导体泵浦模块为端面泵浦；电光开关为电光调Q元件，横向电光调制。本实用新型是为了解决LD泵浦的全固态激光器易受环境温度影响的问题，LD泵浦中心波长选择801nm，激光晶体对泵浦波长的吸收系数在以801nm为中心波长的泵浦波段范围内变化较小；电光调Q元件选择RTP电光Q开关，RTP电光Q开关对温度不敏感，能够在宽的温度范围内保持稳定，保障激光器在环境温度波动时输出稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及利用受激发射的器件技术领域，具体涉及一种高环境适应性的全固态激光器。
背景技术
采用半导体二极管泵浦的全固态激光器集半导体激光器和固体激光器的优势于一身，具有效率高、体积小、寿命长等优点，广泛应用于激光测距、激光通信、激光精细加工以及激光医疗等诸多领域。LD泵浦的全固态激光器在工程应用中容易受到环境温度的影响，导致输出激光不稳定。在全固态激光器中环境温度变化直接影响作为抽运源的半导体二极管，进而影响激光输出稳定性。半导体激光二极管泵浦波长对温度很敏感，温度每升高1℃，波长就会向长波方向增长0.2～0.3nm，这样就使得LD泵浦波长发生变化从而影响到整台激光器的输出稳定性。泵浦波长漂移可能导致激光晶体对泵浦光的吸收系数发生剧烈变化，LD泵浦的全固态激光器中激光晶体对泵浦波长的吸收系数变化较小保障了输出激光的稳定性。
Nd:YAG是全固态激光器常用的激光晶体，该晶体在泵浦波长808nm对应最高的吸收峰，但是808nm处吸收峰线宽极窄，环境温度变化导致抽运源LD的泵浦波长偏离808nm，致使激光晶体对泵浦波长的吸收系数大幅下降，严重影响激光器的稳定性。除了采用808nm波长间接泵浦外，还可以采用869nm和885nm波长直接泵浦。869nm和885nm泵浦波长对应的吸收峰虽然略有加宽，但是在较大范围的环境温度波动下依然会使激光晶体对泵浦光的吸收系数发生剧烈变化，影响激光器的输出稳定性。
发明内容
本实用新型是为了解决LD泵浦的全固态激光器易受环境温度影响的问题，提供一种高环境适应性的全固态激光器。LD泵浦中心波长选择801nm，电光调Q元件选择RTP电光Q开关，保障激光器在环境温度变化时保持输出稳定。
本实用新型提供一种高环境适应性的全固态激光器，包括光纤耦合半导体泵浦模块和依次设置在光纤耦合半导体泵浦模块输出光路上的准直聚焦耦合系统、激光晶体、偏振片、电光开关、四分之一波片和输出镜；
光纤耦合半导体泵浦模块包括中心泵浦波长为801nm的半导体激光二极管，光纤耦合半导体泵浦模块为端面泵浦；
电光开关为电光调Q元件，电光开关包括第一RTP晶体和第二RTP晶体，第一RTP晶体和第二RTP晶体串联正交设置，第一RTP晶体和第二RTP晶体的参数和尺寸均相同；
第一RTP晶体和第二RTP晶体的加电方向均与通光方向垂直；
准直聚焦耦合系统包括准直透镜和聚焦透镜，准直透镜和聚焦透镜均为平凸透镜，准直透镜的平面朝向光纤耦合半导体泵浦模块、凸面朝向聚焦透镜，聚焦透镜的平面朝向激光晶体、凸面朝向准直透镜。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，准直透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，聚焦透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，激光晶体材质为Nd:YAG、形状为圆柱体或者长方体。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，激光晶体输入端面镀泵浦光增透膜和振荡光高反膜、输出端面镀振荡光增透膜。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，偏振片为以下任意一种：45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中；
偏振片的材质为以下任意一种：紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，第一RTP晶体和第二RTP晶体均为RTP(RTiOPO4)晶体。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，第一RTP晶体和第二RTP晶体均为双轴晶体。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，四分之一波片的材质为紫外熔融石英；
四分之一波片为以下任意一种：零级波片、真零级波片和多级波片。
本实用新型所述的一种高环境适应性的全固态激光器，作为优选方式，输出镜为平面镜、双面镀振荡光增透膜，输出镜的材质为紫外熔融石英
从Nd:YAG在800nm～900nm波段的吸收光谱图中可以看出，Nd:YAG在808nm处有最高的吸收峰，但是吸收峰线宽极窄。环境温度变化导致泵浦波长漂移，激光晶体对泵浦波长的吸收系数大幅下降，致使激光器输出不稳定。Nd:YAG在800nm～900nm波段的吸收光谱图中对应的869nm和885nm泵浦波长虽然吸收峰线宽比808nm略宽，但是仍然无法承受大范围的环境温度波动。
从Nd:YAG在770nm～830nm波段的吸收光谱图中可以看出，以801nm为中心波长的泵浦波段范围较宽，随环境温度变化，即使泵浦波长漂移，对应的激光晶体吸收系数变化较小。本激光器设计选择泵浦中心波长为801nm，采用端面泵浦方式，使激光器在低吸收系数泵浦波长抽运下获得高效光光转换。
本实用新型提出的高环境适应性全固态激光器，选用801nm特定泵浦波长半导体激光二极管作为抽运源，采用端面泵浦方式获得高效光光转换，电光调Q元件为温度不敏感的RTP电光Q开关，可在宽温度范围内保持稳定。本实用新型激光器通过对抽运源泵浦波长和电光Q开关的选择，保障激光器在环境温度波动时输出稳定。
抽运源为光纤耦合半导体激光器，中心泵浦波长为801nm；
耦合系统包括准直透镜和聚焦透镜；
准直透镜为平凸透镜，前后两面镀泵浦光增透膜，材质为紫外熔融石英；
聚焦透镜为平凸透镜，前后两面镀泵浦光增透膜，材质为紫外熔融石英；
激光晶体为Nd:YAG，形状为圆柱体或者长方体，输入端面镀泵浦光增透膜和振荡光高反膜，输出端面镀振荡光增透膜；
偏振元件可以是45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中的一种，材质为紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃中的一种；
横向调制电光晶体为RTP(RTiOPO4)晶体；
横向电光调制是指调Q晶体的加电方向和通光方向相互垂直；
RTP晶体为双轴晶体，采用两块参数、尺寸相同的圆柱形晶体串联正交运用；
四分之一波片，材质为紫外熔融石英，可以是零级波片、真零级波片和多级波片中的一种；
谐振腔输出镜为平面镜，双面镀振荡光增透膜，材质为紫外熔融石英。
本实用新型为高环境适应性的全固态激光器，主要是在环境温度波动时，保障激光器输出稳定。通过选择特定泵浦波长和温度不敏感的电光调Q开关来实现此功能。
本实用新型的全固态激光器，中心泵浦波长选择801nm。随环境温度变化，泵浦波长漂移，但是激光晶体对泵浦波长的吸收系数变化很小，能够保障激光器在宽环境温度范围内输出稳定。除此之外，电光调Q元件选用RTP电光Q开关。RTP电光Q开关具有温度不敏感特性，进一步保障了激光器在宽环境温度范围内输出稳定；
光纤耦合半导体泵浦模块输出泵浦光，泵浦光经准直聚焦耦合系统聚焦于激光晶体中。激光晶体端面镀膜省去谐振腔后腔镜，缩小激光器体积。自然偏振光经偏振片后变为p偏振光，当电光开关未施加高压时，p偏振光往返经过四分之一波片变为s偏振光而无法经过偏振片，谐振腔处于关门状态；当电光开关施加四分之一高压时，p偏振光往返经过四分之一波片和电光开关后偏振方向未发生改变，谐振腔产生激光振荡。电光开关选用RTP电光Q开关，RTP电光Q开关为两块完全相同的RTP晶体相互旋转90°组合而成。RTP电光Q开关具有温度不敏感特性，可以在宽温度范围内保持稳定。振荡光经输出镜输出腔外。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型设计的LD泵浦全固态激光器，LD泵浦中心波长选择801nm，激光晶体对泵浦波长的吸收系数在以801nm为中心波长的泵浦波段范围内变化较小；电光调Q元件选择RTP电光Q开关，RTP电光Q开关对温度不敏感，能够在宽的温度范围内保持稳定。本实用新型通过适当选择泵浦中心波长和电光调Q开光，保障激光器在环境温度波动时输出稳定。
附图说明
图1为一种高环境适应性的全固态激光器示意光路图；
图2为一种高环境适应性的全固态激光器Nd:YAG在800nm～900nm波段的吸收光谱；
图3为一种高环境适应性的全固态激光器Nd:YAG在770nm～830nm波段的吸收光谱。
附图标记：
1、光纤耦合半导体泵浦模块；2、准直聚焦耦合系统；3、激光晶体；4、偏振片；5、电光开关；6、四分之一波片；7、输出镜。
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实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种高环境适应性的全固态激光器，包括光纤耦合半导体泵浦模块1和依次设置在光纤耦合半导体泵浦模块1输出光路上的准直聚焦耦合系统2、激光晶体3、偏振片4、电光开关5、四分之一波片6和输出镜7；
光纤耦合半导体泵浦模块1包括中心泵浦波长为801nm的半导体激光二极管，光纤耦合半导体泵浦模块1为端面泵浦；
电光开关5为电光调Q元件，电光开关5包括第一RTP晶体和第二RTP晶体，第一RTP晶体和第二RTP晶体串联正交设置，第一RTP晶体和第二RTP晶体的参数和尺寸均相同；
第一RTP晶体和第二RTP晶体的加电方向均与通光方向垂直；
准直聚焦耦合系统2包括准直透镜和聚焦透镜，准直透镜和聚焦透镜均为平凸透镜，准直透镜的平面朝向光纤耦合半导体泵浦模块1、凸面朝向聚焦透镜，聚焦透镜的平面朝向激光晶体3、凸面朝向准直透镜。
实施例2
如图1所示，一种高环境适应性的全固态激光器，包括光纤耦合半导体泵浦模块1和依次设置在光纤耦合半导体泵浦模块1输出光路上的准直聚焦耦合系统2、激光晶体3、偏振片4、电光开关5、四分之一波片6和输出镜7；
光纤耦合半导体泵浦模块1包括中心泵浦波长为801nm的半导体激光二极管，光纤耦合半导体泵浦模块1为端面泵浦；
电光开关5为电光调Q元件，电光开关5包括第一RTP晶体和第二RTP晶体，第一RTP晶体和第二RTP晶体串联正交设置，第一RTP晶体和第二RTP晶体的参数和尺寸均相同；
第一RTP晶体和第二RTP晶体的加电方向均与通光方向垂直；
准直聚焦耦合系统2包括准直透镜和聚焦透镜，准直透镜和聚焦透镜均为平凸透镜，准直透镜的平面朝向光纤耦合半导体泵浦模块1、凸面朝向聚焦透镜，聚焦透镜的平面朝向激光晶体3、凸面朝向准直透镜；
准直透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英；
聚焦透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英；
激光晶体3材质为Nd:YAG、形状为圆柱体或者长方体；
激光晶体3输入端面镀泵浦光增透膜和振荡光高反膜、输出端面镀振荡光增透膜；
偏振片4为以下任意一种：45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中；
偏振片4的材质为以下任意一种：紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃；
第一RTP晶体和第二RTP晶体均为RTP(RTiOPO4)晶体；
第一RTP晶体和第二RTP晶体均为双轴晶体；
四分之一波片6的材质为紫外熔融石英；
四分之一波片6为以下任意一种：零级波片、真零级波片和多级波片；
输出镜7为平面镜、双面镀振荡光增透膜，输出镜7的材质为紫外熔融石英。
实施例1-2的原理为：
从图2中可以看出，Nd:YAG在808nm处有最高的吸收峰，但是吸收峰线宽极窄。环境温度变化导致泵浦波长漂移，激光晶体对泵浦波长的吸收系数大幅下降，致使激光器输出不稳定。图2中对应的869nm和885nm泵浦波长虽然吸收峰线宽比808nm略宽，但是仍然无法承受大范围的环境温度波动。
从图3中可以看出，以801nm为中心波长的泵浦波段范围较宽，随环境温度变化，即使泵浦波长漂移，对应的激光晶体吸收系数变化较小。本激光器设计选择泵浦中心波长为801nm，采用端面泵浦方式，使激光器在低吸收系数泵浦波长抽运下保持高效光光转换。
实施例1-2的使用方法为：
光纤耦合半导体泵浦模块1输出泵浦光，泵浦光经准直聚焦耦合系统2聚焦于激光晶体3中。激光晶体端面镀膜省去谐振腔后腔镜，缩小激光器体积。自然偏振光经偏振片4后变为p偏振光，当电光开关5未施加高压时，p偏振光往返经过四分之一波片6变为s偏振光而无法经过偏振片4，谐振腔处于关门状态；当电光开关5施加四分之一高压时，p偏振光往返经过四分之一波片6和电光开关5后偏振方向未发生改变，谐振腔产生激光振荡。电光开关5选用RTP电光Q开关，RTP电光Q开关为两块完全相同的RTP晶体相互旋转90°组合而成。RTP电光Q开关具有温度不敏感特性，可以在宽温度范围内保持稳定。振荡光经输出镜7输出腔外。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：包括光纤耦合半导体泵浦模块(1)和依次设置在所述光纤耦合半导体泵浦模块(1)输出光路上的准直聚焦耦合系统(2)、激光晶体(3)、偏振片(4)、电光开关(5)、四分之一波片(6)和输出镜(7)；
所述光纤耦合半导体泵浦模块(1)包括中心泵浦波长为801nm的半导体激光二极管，所述光纤耦合半导体泵浦模块(1)为端面泵浦；
所述电光开关(5)为电光调Q元件，所述电光开关(5)包括第一RTP晶体和第二RTP晶体，所述第一RTP晶体和所述第二RTP晶体串联正交设置，所述第一RTP晶体和所述第二RTP晶体的参数和尺寸均相同；
所述第一RTP晶体和所述第二RTP晶体的加电方向均与通光方向垂直；
所述准直聚焦耦合系统(2)包括准直透镜和聚焦透镜，所述准直透镜和所述聚焦透镜均为平凸透镜，所述准直透镜的平面朝向光纤耦合半导体泵浦模块(1)、凸面朝向所述聚焦透镜，所述聚焦透镜的平面朝向所述激光晶体(3)、凸面朝向所述准直透镜。
2.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述准直透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英。
3.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述聚焦透镜前后两面镀泵浦光增透膜、材质为紫外熔融石英。
4.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述激光晶体(3)材质为Nd:YAG、形状为圆柱体或者长方体。
5.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述激光晶体(3)输入端面镀泵浦光增透膜和振荡光高反膜、输出端面镀振荡光增透膜。
6.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述偏振片(4)为以下任意一种：45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中；
所述偏振片(4)的材质为以下任意一种：紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述第一RTP晶体和所述第二RTP晶体均为RTP(RTiOPO4)晶体。
8.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述第一RTP晶体和所述第二RTP晶体均为双轴晶体。
9.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述四分之一波片(6)的材质为紫外熔融石英；
所述四分之一波片(6)为以下任意一种：零级波片、真零级波片和多级波片。
10.根据权利要求1所述的一种高环境适应性的全固态激光器，其特征在于：所述输出镜(7)为平面镜、双面镀振荡光增透膜，所述输出镜(7)的材质为紫外熔融石英。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202121965615.XU CN216251607U (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种高环境适应性的全固态激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202121965615.XU CN216251607U (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种高环境适应性的全固态激光器 |
Publications (1)
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| CN216251607U true CN216251607U (zh) | 2022-04-08 |
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ID=80980976
Family Applications (1)
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| CN202121965615.XU Active CN216251607U (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种高环境适应性的全固态激光器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN216251607U (zh) |
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2021
- 2021-08-20 CN CN202121965615.XU patent/CN216251607U/zh active Active
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