CN216598387U - 大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其包括自倍频晶体；第一泵浦源，所述第一泵浦源能够向自倍频晶体发射大泵浦光束；第二泵浦源，所述第二泵浦源能够向自倍频晶体发射小泵浦光束，大泵浦光束的单脉冲能量大于小泵浦光束的单脉冲能量；耦合系统，一组置于第一泵浦源与所述自倍频晶体之间，另一组置于第二泵浦源与所述自倍频晶体之间，合光器，所述合光器设置于第一泵浦源和自倍频晶体之间，合光器位于耦合系统和自倍频晶体之间，所述合光器用于将经耦合系统准直聚焦后的小泵浦光束折射于自倍频晶体，并将小泵浦光束和大泵浦光束汇聚成一点，本申请具有激光器能够安全稳定的输出大能量宽脉宽的绿光的效果。

Description

大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器

技术领域

本申请涉及激光器领域，尤其是涉及大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器。

背景技术

绿光激光器在科研、工业、军事和美容等领域均得到了广泛地应用。已有技术中，多采用Nd：YAG/KTP组合腔内倍频获得大单脉冲能量绿光输出，激光器使用调Q技术。（脉宽和峰值功率的乘积即为单脉冲能量）

针对上述中的相关技术，发明人认为目前激光器的单脉冲峰值功率很高但是脉宽极窄，且系统复杂，无法满足激光在美容上的部分应用。

实用新型内容

为了激光器能够安全稳定的输出大能量宽脉宽的绿光，本申请提供大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器。

本申请提供的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器采用如下的技术方案：

一种大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，包括自倍频晶体；第一泵浦源，一组，所述第一泵浦源能够向自倍频晶体发射大泵浦光束；第二泵浦源，一组，所述第二泵浦源能够向自倍频晶体发射小泵浦光束，且设置于第一泵浦源和自倍频晶体连线方向的一侧，大泵浦光束的单脉冲能量大于小泵浦光束的单脉冲能量；耦合系统，两组，一组置于第一泵浦源与所述自倍频晶体之间，用于将第一泵浦源发射的大泵浦光束准直聚焦；另一组置于第二泵浦源与所述自倍频晶体之间，用于将第二泵浦源发射的小泵浦光束准直聚焦；合光器，一组，所述合光器设置于第一泵浦源和自倍频晶体之间，合光器位于耦合系统和自倍频晶体之间，所述合光器用于将经耦合系统准直聚焦后的小泵浦光束折射于自倍频晶体，并将小泵浦光束和大泵浦光束汇聚成一点。

通过采用上述技术方案，用户使用时，在第一泵浦源向自倍频晶体输入大泵浦光束前，先启动第二泵浦源向自倍频晶体内输入小泵浦光束，小泵浦光束通过耦合系统的准直聚焦，然后经过合光器使自身折射于自倍频晶体，第二泵浦源的低脉冲能量能够进入自倍频晶体内并起到增益预泵浦的作用，此时泵浦能量低于激光输出阈值条件，自倍频晶体不会输出绿光，第二泵浦源处于一直工作的状态，且当只有第二泵浦源工作时，自倍频晶体粒子处于上能级状态。第一泵浦源向自倍频晶体内输入大泵浦光束后，大泵浦光束通过耦合系统的准直聚焦，然后通过合光器的转化进入自倍频晶体内，合光器将小泵浦光束和大泵浦光束汇聚成一点。第一泵浦源的高脉冲能量注入自倍频晶体后，第一泵浦源发出的大泵浦光束瞬时使自倍频晶体达到粒子数反转，利用增益预泵浦技术，在脉冲激光运行过程中，预先提供连续小泵浦光束注入，当有大泵浦光束注入后，自倍频晶体能够实现大能量绿光输出，且自倍频晶体自身具有很宽的吸收光谱，环境温度改变不会引起自倍频晶体吸收效率的大幅降低；且自倍频晶体的热光系数很小，温度变化引起的相位失配很小，对温度的适应范围更宽，无需复杂的温控系统。

可选的，所述自倍频晶体基质的材质为Gdcob晶体或Ycob晶体。

通过采用上述技术方案，用户使用时，Gdcob晶体和Ycob晶体能够自由运转的自倍频转换，Gdcob晶体和Ycob晶体均具有良好的光学均匀性，且具有抗光损伤的性能，提高适用范围。

可选的，所述合光器为偏振合光器，偏振合光器与第一泵浦源和自倍频晶体的连线方向呈45度角设置。

通过采用上述技术方案，用户使用时，合光器与第一泵浦源和自倍频晶体的连线方向呈45度角，保证大泵浦光束和小泵浦光束能够同轴输出。

可选的，所述耦合系统包括柱透镜。

通过采用上述技术方案，用户使用时，两个柱透镜能够分别将大泵浦光束和小泵浦光束准直聚焦成近平行光，保证进入自倍频晶体的光束能够正常从自倍频晶体输出。

可选的，所述柱透镜的聚焦点束腰尺寸为300μm，第一泵浦源的泵浦功率密度大于10kW/cm2。

通过采用上述技术方案，用户使用时，保证输出绿光的光斑的尺寸不会过大，便于对皮肤进行光学整形，同时第一泵浦源的泵浦功率密度大于10kW/cm2，从而大于泵浦阈值，保证激光能够正常从自倍频晶体输出。

可选的，所述第二泵浦源的泵浦功率密度小于1kW/cm2。

通过采用上述技术方案，用户使用时，第二泵浦源的泵浦功率密度小于1kW/cm2，从而小于泵浦阈值，并以荧光的形式发出，保证只有第二泵浦源工作时，自倍频晶体中不会输出激光。

可选的，所述自倍频晶体靠近第一泵浦源一侧为输入面，自倍频晶体远离第一泵浦源一侧为输出面，自倍频晶体的输入面和输出面均镀有泵浦高透膜。

通过采用上述技术方案，用户使用时，输入面泵浦光高透和输出面泵浦光高透，保证小泵浦光束和大泵浦光束能够正常进入自倍频晶体也能够正常从自倍频晶体输出，输入面基频光和倍频绿光高反，输出面基频光高反，倍频绿光高透，保证基频光能够一直在自倍频晶体的输入面和输出面之间往复折返，保证绿光能够通过自倍频晶体射出。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.自倍频晶体、第一泵浦源、第二泵浦源、耦合系统和合光器的设计，利用增益预泵浦技术，在脉冲激光运行过程中，预先提供连续小泵浦光束注入，当有大泵浦光束注入后，自倍频晶体能够实现大能量绿光输出；

2.自倍频晶体采用Gdcob晶体或Ycob晶体的设计，晶体具有抗光损伤的性能，提高适用范围；

3.泵浦高透膜的设计，保证小泵浦光束和大泵浦光束能够正常进入自倍频晶体也能够正常从自倍频晶体输出，保证基频光能够一直在自倍频晶体的输入面和输出面之间往复折返，保证绿光能够通过自倍频晶体射出。

附图说明

图1是本申请实施例的光路原理图；

图2是本申请实施例的整体结构剖视图。

附图标记说明：1、自倍频晶体；11、输入面；12、输出面；13、泵浦高透膜；2、合光器；21、偏振合光器；3、第一泵浦源；31、大泵浦光束；4、第二泵浦源；41、小泵浦光束；5、耦合系统；51、柱透镜；6、绿光。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器。参照图1和图2，大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器包括自倍频晶体1，自倍频晶体1一侧放置有合光器2，合光器2竖直设置，合光器2为偏振合光器21。合光器2两侧分别放置有第一泵浦源3和第二泵浦源4，第一泵浦源3位于合光器2远离自倍频晶体1一侧，第二泵浦源4位于合光器2靠近自倍频晶体1一侧，第二泵浦源4设置于第一泵浦源3和自倍频晶体1连线方向的一侧。合光器2与第一泵浦源3和自倍频晶体1的连线方向呈45度角设置。合光器2两侧均放置有耦合系统5，一组耦合系统5位于第一泵浦源3与所述合光器2之间，另一组耦合系统5位于第二泵浦源4与所述合光器2之间，第一泵浦源3和耦合系统5的连线与第二泵浦源4和耦合系统5的连线相互垂直。

使用时，预先向自倍频晶体1内输入第二泵浦源4输出的小泵浦光束41，小泵浦光束41通过耦合系统5准直聚焦后，合光器2将经耦合系统5准直聚焦后的小泵浦光束41折射于自倍频晶体1，第二泵浦源4的低脉冲能量注入自倍频晶体1，小泵浦光束41起到增益预泵浦的作用，此时泵浦能量低于激光输出阈值条件，第二泵浦源4处于一直工作状态，且当只有第二泵浦源4工作时，自倍频晶体1不输出绿光6，此时自倍频晶体1粒子处于上能级状态，即预泵浦状态。然后向自倍频晶体1内输入第一泵浦源3输出的大泵浦光束31，大泵浦光束31通过耦合系统5准直聚焦，大泵浦光束31通过合光器2的转化进入自倍频晶体1内，合光器2将小泵浦光束41和大泵浦光束31汇聚成一点。合光器2与自倍频晶体1之间呈45度角，保证两束不同脉冲能量的泵浦光束能够同轴输出，当第一泵浦源3的高脉冲能量注入自倍频晶体1时，第一泵浦源3发出的大泵浦光束31瞬时使自倍频晶体1达到粒子数反转，自倍频晶体1瞬时有大脉冲能量绿光6输出，保证激光器能够输出大脉冲能量宽脉宽的绿光6。

参照图1和图2，耦合系统5包括柱透镜51，一个柱透镜51位于第一泵浦源3与所述合光器2之间，另一个柱透镜51位于第二泵浦源4与所述合光器2之间。用户使用时，保证小泵浦光束41通过柱透镜51后能够正常的准直聚焦，并使小泵浦光束41聚焦于自倍频晶体1，保证大泵浦光束31通过柱透镜51后能够正常的准直聚焦，并使大泵浦光束31聚焦于自倍频晶体1。

参照图1和图2，自倍频晶体1靠近第一泵浦源3一侧为输入面11，自倍频晶体1远离第一泵浦源3一侧为输出面12，自倍频晶体1的输入面11和输出面12均镀有泵浦高透膜13。用户使用时，输入面11泵浦光高透和输出面12泵浦光高透，保证小泵浦光束41和大泵浦光束31能够正常进出自倍频晶体1，输入面11基频光和倍频绿光6高反，输出面12基频光高反，倍频绿光6高透，保证基频光一直在自倍频晶体1的输入面11和输出面12内往复折返，保证绿光6能够正常通过自倍频晶体1射出。

自倍频晶体1基质采用Gdcob晶体或Ycob晶体。用户使用时，两种晶体均能够自由运转的自倍频转换，提高适用范围。

柱透镜51的聚焦点束腰尺寸为300μm，第一泵浦源3的泵浦功率密度大于10kW/cm2。第二泵浦源4的泵浦功率密度小于1kW/cm2。用户使用时，保证输出的绿光6的光斑的尺寸不会过大，便于对皮肤进行光学整形，同时第二泵浦源4的泵浦功率密度小于1kW/cm2，从而小于泵浦阈值，并以荧光的形式发出，第一泵浦源3的泵浦功率密度大于10kW/cm2，从而大于泵浦阈值，保证激光的正常发出。

本申请实施例大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器的实施原理为：用户使用时，第一泵浦源3发出的大泵浦光束31通过柱透镜51准直聚焦进自倍频晶体1内部，自倍频晶体1将大泵浦光束31转换成可见光输出；另一路第二泵浦源4发出的小泵浦光束41通过柱透镜51准直聚焦进自倍频晶体1内部，小泵浦光束41起到增益预泵浦的作用。且第二泵浦源4处于一直工作状态，只有第二泵浦源4工作时，自倍频晶体1不输出绿光6，且自倍频晶体1内的粒子处于上能级状态，第一泵浦源3工作时，第一泵浦源3发出的大泵浦光束31瞬时使自倍频晶体1达到粒子数反转并输出大脉冲能量绿光6，绿光6的脉宽由供电参数控制，第二泵浦源4在自倍频晶体1内部有较大尺寸分布，使自倍频晶体1内部的热分布较为均匀，相对于单纯提高第一泵浦源3脉冲能量的方式来提高自倍频晶体1输出绿光6更安全可靠。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于，包括：

自倍频晶体(1)；

第一泵浦源(3)，一组，所述第一泵浦源(3)能够向自倍频晶体(1)发射大泵浦光束(31)；

第二泵浦源(4)，一组，所述第二泵浦源(4)能够向自倍频晶体(1)发射小泵浦光束(41)，且设置于第一泵浦源(3)和自倍频晶体(1)连线方向的一侧，大泵浦光束(31)的单脉冲能量大于小泵浦光束(41)的单脉冲能量；

耦合系统(5)，两组，一组置于第一泵浦源(3)与所述自倍频晶体(1)之间，用于将第一泵浦源(3)发射的大泵浦光束(31)准直聚焦；另一组置于第二泵浦源(4)与所述自倍频晶体(1)之间，用于将第二泵浦源(4)发射的小泵浦光束(41)准直聚焦；

合光器(2)，一组，所述合光器(2)设置于第一泵浦源(3)和自倍频晶体(1)之间，合光器(2)位于耦合系统(5)和自倍频晶体(1)之间，所述合光器(2)用于将经耦合系统(5)准直聚焦后的小泵浦光束(41)折射于自倍频晶体(1)，并将小泵浦光束(41)和大泵浦光束(31)汇聚成一点。

2.根据权利要求1所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述自倍频晶体(1)基质的材质为Gdcob晶体或Ycob晶体。

3.根据权利要求1所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述合光器(2)为偏振合光器(21)，偏振合光器(21)与第一泵浦源(3)和自倍频晶体(1)的连线方向呈45度角设置。

4.根据权利要求1所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述耦合系统(5)包括柱透镜(51)。

5.根据权利要求4所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述柱透镜(51)的聚焦点束腰尺寸为300μm，第一泵浦源(3)的泵浦功率密度大于10kW/cm2。

6.根据权利要求4所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述第二泵浦源(4)的泵浦功率密度小于1kW/cm2。

7.根据权利要求1所述的大单脉冲能量宽脉宽自倍频激光器，其特征在于：所述自倍频晶体(1)靠近第一泵浦源(3)一侧为输入面(11)，自倍频晶体(1)远离第一泵浦源(3)一侧为输出面(12)，自倍频晶体(1)的输入面(11)和输出面(12)均镀有泵浦高透膜(13)。

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