CN218216093U - 一种绿光光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种绿光光纤激光器，依次包括高重频保偏光纤激光器、第一布儒斯特窗口片、第二半波片、第一平凸透镜、激光晶体、第二平凸透镜、第一分色镜。所述高重频保偏光纤激光器可输出高重频保偏的基频信号光。所述第一布儒斯特窗口片为呈布儒斯特角放置的光学镜片，穿过第一布儒斯特窗口片后的1000‑1100nm基频信号光具有特定偏振态。所述第二半波片可以通过旋转所述第二半波片的放置角度，用于调节经第一布儒斯特窗口片之后的红外光束的偏振态旋转角度。通过使用第二半波片和第一布儒斯特窗口片将偏振态旋转角度调节至一个合适偏振态时，将极大提高整个系统的光光转化效率，可得高重复频率、高能量转化效率、高功率、稳定性的绿光输出。

Description

一种绿光光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地，涉及一种高重频、高稳定性的绿光光纤激光器。

背景技术

近年来随着新能源行业日益蓬勃的需求，对前端激光加工技术提出了更高的要求。受限于材料吸收因素，传统的红外激光器对高反材料的吸收率很低，已不能满足锂电行业中铜材料等高反材料的焊接及切割，绿光激光器凭借着铜材对绿光光束的高吸收特性，成为了这一行业的典型光源。

传统绿光激光的产生一般通过固体激光器谐振输出红外基频光之后通过非线性晶体倍频输出，这种激光器重频低，能量转换效率低，在工业加工时作业效率很低。另外，这种激光器输出功率受环境温度较明显，在工业加工时功率不稳定，即工业加工时功率大幅波动，易导致高精度且昂贵的被加工件报废，影响加工效果。

当前为了提高激光输出的稳定性，通常会采用偏振片对激光传输的偏振态进行改变，以满足激光的稳定输出，然而偏振片对光线的吸收大，经过偏光片的光损失大，且偏振片材料本身难以耐受高功率激光，容易材料损伤失效，难以实现高功率、稳定性的激光输出。

基于此，有必要发明一种绿光光纤激光器，可以得到高重复频率、高能量转化效率、高功率、稳定性的绿光输出。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种绿光光纤激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种绿光光纤激光器，依次包括高重频保偏光纤激光器、第一布儒斯特窗口片、第二半波片、第一平凸透镜、激光晶体、第二平凸透镜、第一分色镜。

本申请的具体工作原理和过程如下：

所述高重频保偏光纤激光器可输出高重频保偏1000～1100nm的线偏振基频信号光，所谓保偏光纤为输入激光为线偏振光时，经过保偏光纤传输后，输出激光仍然为线偏振光。所述第一布儒斯特窗口片为呈布儒斯特角放置的光学镜片，穿过第一布儒斯特窗口片后的1000～1100nm基频信号光具有特定偏振态。再经过第二半波片时，第二半波片对线偏光的偏振态的方向进行调整，以满足激光晶体对进入其的高功率输入激光的偏振态方向的要求，得到理想的倍频激光。所述第一平凸透镜时，光束会被聚焦，以实现入射激光晶体7的光束具有高能量密度和高功率密度。所述激光晶体使用LBO/BBO或其他倍频晶体，当1000～1100nm基频信号光穿过该激光晶体且功率密度达到非线性阈值时，会产生相应的二次谐波，即倍频光，产生的倍频光的光频率为基频光的一半，此时产生的即为绿光。由于从激光晶体内出射的倍频光和基频信号光是发散光，采用第二平凸透镜对从激光晶体内出射的倍频光和基频信号光进行准直，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜可以提高光束的能量密度和功率密度，实现高功率输出。所述第一分色镜可以分离残余基频信号光和倍频光。

本申请的激光器是通过对高重频保偏光纤激光器进行腔外倍频实现，所述高重频频保偏光纤激光器输出高重频保偏1000～1100nm红外光到达第一布儒斯特窗口片之后，由于第一布儒斯特窗口片与光路之间成一定夹角，光束因不完全透射或其他原因产生的回返光就很少，且第一布儒斯特窗口片可以使得线偏光具有较好的透过率。其次，经过第一布儒斯特窗口片之后的光束，即1000～1100nm基频信号光具有特定偏振态，但是光路方向和偏振方向之间形成一种三维坐标关系，单独调控第一布儒斯特窗口片难以完全满足激光晶体对入射激光偏振态的方向的需求，或者说单独调控第一布儒斯特窗口片，一般仅可以调控1～2个维度的方向，难以稳定输出激光晶体需要的激光。

在第一布儒斯特窗口片的后面放置第二半波片，该半波片的作用主要是用来调节该镜片之后光束在另一个维度的偏振方向与之前的偏振方向发生旋转，这样做的目的在于，进一步提升满足激光晶体需求的激光，减少回返光，提升器件的整体稳定性。

当该半波片调节该镜片之后光束的偏振态与之前的偏振方向相垂直，从该镜片之后因不完全透射或其他原因产生的回返光在经过该半波片后偏振态与第一布儒斯特窗口片的相垂直，如此，即几乎不可原路径返回。

本申请一方面可以保护前端高重频保偏光纤激光器(高重频保偏光纤激光器对回返光很敏感，回返光强时易发生光纤打点或者器件损伤)，另一方面该设计可以极大地提高系统的功率稳定性，因为原光路路径返回的光和正向传输的光具有相同的相位、频率、周期等参数，易发生干涉，干扰原光路传输。

所述第二半波片之后放置第一平凸透镜，此时光束经过聚焦会进入放在第一平凸透镜后面的激光晶体内，达到激光晶体倍频发生条件，在激光晶体内发倍频，由倍频晶体输出新产生的500～550nm绿光和未进行转化的1000～1100nm基频光。

在激光晶体的后面放置第二平凸透镜，将发散的光束进行准直，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜可以提高光束的能量密度和功率密度，实现高功率输出。

本申请提供的绿光光纤激光器可以大幅提高绿光光纤激光器系统稳定性，该绿光光纤激光器至少包括第一布儒斯特窗口片、第二半波片，由于布儒斯特窗口片、半波片对光线的吸收远远低于常规的偏振片对光线的吸收，且材料对高功率激光具有更强的耐受力，继而可实现高功率的稳定输出，同时，基于布儒斯特角的特性，巧妙利用半波片对偏振态进行调节，进而可实现激光光路稳定性、输出功率稳定性，且极大地降低了对绿光光纤激光器的器件损伤率。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的绿光光纤激光器的第一结构示意图；

图2为本申请提供的绿光光纤激光器的第二结构示意图；

图3为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第三结构示意图；

图4为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第四结构示意图；

图5为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第五结构示意图。

附图标记：1、高重频保偏光纤激光器，2、第一半波片，3、第一布儒斯特窗口片，4、第二半波片，5、第一平凸透镜，6、晶体控温系统，7、激光晶体，8、第二平凸透镜，9、第三半波片，10、第二布儒斯特窗口片，11、第一分色镜，12、第二分色镜，13、小孔光阑，14、第三布儒斯特窗口片，15、反射镜，16、闲频光收集器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是对本申请权利范围的限制。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。

请参阅图1，图1为本申请提供的绿光光纤激光器的第一结构示意图，该绿光光纤激光器，依次包括高重频保偏光纤激光器1、第一布儒斯特窗口片3、第二半波片4、第一平凸透镜5、激光晶体7、第二平凸透镜8、第一分色镜11。所述高重频保偏光纤激光器1可输出高重频保偏1000～1100nm的线偏振型基频信号光。所述第一布儒斯特窗口片3为呈布儒斯特角放置的光学镜片，穿过第一布儒斯特窗口片3后的1000～1100nm基频信号光具有特定偏振态。所述第二半波片4可以通过旋转所述第二半波片4的放置角度，用于调节经第一布儒斯特窗口片3之后的线偏振红外光的偏振态旋转角度。由于激光晶体7对进入其的入射光的偏振态要求极为严格，当输入激光为高功率激光时，激光晶体7对进入其的入射光的偏振态要求更为苛刻，且通过调节激光晶体7的设置而使得入射光的偏振态满足工作需求难度较大、效果不理想，第一布儒斯特窗口片3单独设置也难以满足激光晶体7对入射光线的方向偏振态的方向需求，通过使用第二半波片4和第一布儒斯特窗口片3将偏振态旋转角度调节至一个合适偏振态时，将极大提高整个系统的光光转化效率，极大的节省成本，减少功耗。在光束经过所述第一平凸透镜5时，光束会被聚焦，以此来提高光束的能量密度和功率密度。所述激光晶体7使用LBO/BBO或其他倍频晶体，当1000～1100nm基频信号光穿过该晶体且功率密度达到非线性阈值时，会产生相应的二次谐波，即倍频光，产生的倍频光的光频率为基频光的一半，此时产生的即为绿光。由于从激光晶体7内出射的倍频光和基频信号光是发散光，使用第二平凸透镜8对激光晶体7内出射的倍频光和基频信号光进行准直。所述第一分色镜11为分离残余基频信号光和倍频光而存在。

进一步地，为基本消除光学件端面反射光沿原路径返回，进而影响系统光束的稳定性，在采用第二半波片4调节光束的偏振态时应使调节后的光束偏振方向与调节前互相垂直。

进一步地，为减少基频光的损耗，该第二半波片4前后受光面镀1000～1100nm增透膜，从而提高基频光经过该部件时的透过率。

进一步地，可以按照波长1000～1100nm对应的材料折射率计算出最合适的角度放置第一布儒斯特窗口片3，以减少第一布儒斯特窗口片3对系统中基频光的损耗，进而，极大的提高基频光透过第一布儒斯特窗口片3时的透射率。

进一步地，所述第一布儒斯特窗口片3可以极大地减少经该镜片后的所有镜片端面因不完全透射导致的沿原路径返回的光对前端基频光路稳定性和安全性的影响，该设计可以极大的保护前端的高重频保偏光纤激光器1，同时，该镜片的存在可以极大的提高整个系统的输出光路稳定性。

进一步地，为提高基频光经过该部件时的透射率，所述第一布儒斯特窗口片3的受光端面均采用高抛光处理。

进一步地，为提高所述第一布儒斯特窗口片3的损伤阈值，所述第一布儒斯特窗口片3的双端面不进行镀膜。

进一步地，所述第一分色镜与主光路呈45°放置，为双端平面的分色镜。

进一步地，为提高系统的整体输出功率，所述第一分色镜受光端面镀500～550nm高反膜。

进一步地，为减少残余基频信号光对整个绿光系统光路稳定性和热影响，所述第一分色镜的受光和出射光两个端面均镀1000～1100nm增透膜。

进一步地，为减少系统中副光斑的影响，所述第一分色镜出光端面不镀500～550nm高反膜。

进一步地，为减少由第一布儒斯特窗口片3传输过来的光的损耗，所述第一平凸透镜5前后受光端面镀1000～1100nm增透膜。更具体的，所述第一平凸透镜5最终会将光束聚焦进激光晶体7内。同时，所述第一平凸透镜5放置时为凸面端受光，平面端朝向激光晶体7的一侧的设置方式，可减少像差对系统的影响。

进一步地，为提高激光晶体7内部进行非线性变换的基频光的功率，进一步提高倍频效率，激光晶体受光端面镀1000～1100nm增透膜。

进一步地，非线性变换后，为减少残余信号光对激光晶体的影响，同时为了提升出射倍频光的功率，在激光晶体出光面同时镀1000～1100nm增透膜和500～550n增透膜。

进一步地，为减小像差对系统的影响，同样，所述第二平凸透镜8在放置时，平面端受光，凸面端出射光。

进一步地，为提高整个绿光系统输出的功率值和系统的功率稳定性，减少从激光晶体7内出射的倍频光和基频信号光经过所述第二平凸透镜8反射回激光晶体7的比例，进而降低对激光晶体7的损害，所述第二平凸透镜8的受光面和出射光面均镀1000～1100nm和500～550nm的增透膜。

请参阅图2，图2为本申请提供的绿光光纤激光器的第二结构示意图，该绿光光纤激光器，在图1所示绿光光纤激光器的基础上，还包括第一半波片2，所述第一半波片2位于所述高重频保偏光纤激光器1和第一布儒斯特窗口片3之间，同样，光路方向和偏振方向之间形成一种三维坐标关系，通过旋转该第一半波片2的放置角度，即可实现对透过该部件的信号光的偏振态方向进行调节，进而满足第一布儒斯特窗口片3的入射光的偏振态需求，使得透过第一布儒斯特窗口片3的基频光极大地提高，且输出稳定，甚至可以使高重频频保偏光纤激光器所输出的光完全透过第一布儒斯特窗口片。

请参阅图3，图3为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第三结构示意图，该绿光光纤激光器，在图2所示绿光光纤激光器的基础上，还可以包括晶体控温系统6，所述晶体控温系统环绕所述激光晶体7，该系统用于给激光晶体7提供一个恒温的工作环境，以及为激光晶体7提供固设条件。

进一步地，该系统内含升/降温组件和温度反馈调节系统，可以根据环境温度或者其他因素影响下的实时温度反馈进行自主调节，使激光晶体始终在特定的温度下工作，极大地提升系统的功率稳定性。

请参阅图4，图4为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第四结构示意图，该绿光光纤激光器，在图3所示绿光光纤激光器的基础上，还可以包括第三半波片9、第二布儒斯特窗口片10。

所述第三半波片9、第二布儒斯特窗口片10依次位于所述第二平凸透镜8、第一分色镜11之间。同样，所述第三半波片可对穿过该部件的光束的偏振态进行调节，通过调节该部件的放置角度即可实现，该第二布儒斯特窗口片10同样为呈布儒斯特角放置的光学镜片。所述第三半波片9可以调整部件穿过部件10的光束的偏振方向，大大提高第二布儒斯特窗口片10的透过率。

进一步地，为了提高系统的输出功率和系统功率稳定性，所述第三半波片9的两个端面均镀1000～1100nm和500～550nm增透膜。

进一步地，为提高系统的稳定性，所述第三半波片9在放置时应调节至透过该部件前后的光束的偏振方向正好垂直。

进一步的，为减少所述第二布儒斯特窗口片10对系统中倍频光的损耗，所述第二布儒斯特窗口片10在放置时按照波长500～550nm对应的材料折射率计算出最合适的角度进行放置，以此极大的提高倍频光透过该镜片时的透射率。

进一步地，所述第二布儒斯特窗口片10可以极大地减少所述第二布儒斯特窗口片10以后的所有镜片端面因不完全透射导致的沿原路径返回的光对前端光路稳定性和安全性的影响，该设计的存在可以极大的保护所述第二布儒斯特窗口片10之前的光学元件，同时，所述第二布儒斯特窗口片10可以极大的提高整个系统的输出光路稳定性。

进一步地，为提高倍频光经过所述第二布儒斯特窗口片10时的透射率，所述第二布儒斯特窗口片10的受光端面均采用高抛光处理。

进一步地，为提高所述第二布儒斯特窗口片10的损伤阈值，所述第二布儒斯特窗口片10双端面不进行镀膜。

请参阅图5，图5为本申请提供的一种绿光光纤激光器的第五结构示意图，该绿光光纤激光器，在图4所示绿光光纤激光器的基础上，还可以包括第二分色镜12、小孔光阑13、第三布儒斯特窗口片14、反射镜15、闲频光收集器16中的一个或者数个部件，上述部件位于第一分色镜11的后方。

所述第二分色镜12位于所述第一分色镜11的受光端面的一侧，与主光路呈45°放置，为双端平面的分色镜。所述第二分色镜12为彻底分离经第一分色镜11反射后的残余基频信号光和主倍频光而存在。一般来说，镀膜工艺现在无论是高反膜还是高透膜，均不能做到100％的理论值，总会有1％以内的闲频光会被反射，对于该部件来说，闲频光即经第一分色镜11反射来的1％以内的1000～1100nm的残余基频信号光，通过所述第二分色镜12对经第一分色镜11分色后的光束进行再一次的补充分色，使得系统输出的绿光单色性更好。

进一步地，为提高系统的整体输出功率，所述第二分色镜12的受光端面镀500～550nm高反膜。

进一步地，为减少残余基频信号光对整个绿光系统光路稳定性和热影响，所述第二分色镜12的受光和出射光两个端面均镀1000～1100nm增透膜。

进一步地，为减少系统中副光斑的影响，所述第二分色镜12的出光端面不镀500～550nm高反膜。

所述小孔光阑13位于所述第二分色镜12的后方，所述小孔光阑13可以极大程度的阻挡由该部件之后的其他器件反射回的非轴上光束对整个系统光路稳定性的影响，同时，所述小孔光阑13可以阻挡由该部件之前的可能产生的杂散光从系统中出射，同时还有限模的作用。

进一步地，所述小孔光阑13可以限制该绿光系统的出射光在外光路传输时与设计一致，即减少调试偏差。

进一步地，为提高光路稳定性，所述小孔光阑13的底部应进行相应的散热处理。

所述第三布儒斯特窗口片14位于所述小孔光阑13的后方，该部件为呈布儒斯特角放置的光学镜片。

进一步的，为减少所述第三布儒斯特窗口片14对系统中倍频光的损耗，所述第三布儒斯特窗口片14在放置时按照波长500～550nm对应的材料折射率计算出最合适的角度进行放置，以此极大的提高倍频光透过所述第三布儒斯特窗口片14时的透射率。

进一步地，所述第三布儒斯特窗口片14可以极大地减少该绿光系统在外光路应用过程中其他原因导致的沿原路径返回的光对前端光路稳定性和安全性的影响，可以极大的保护该镜片之前的光学元件，同时，该镜片的存在可以极大的提高整个系统的输出光路稳定性。

进一步地，为提高绿光经过所述第三布儒斯特窗口片14时的透射率，该部件地受光端面均采用高抛光处理。

进一步地，为提高所述第三布儒斯特窗口片14的损伤阈值，所述第三布儒斯特窗口片14的双端面不进行镀膜。

进一步地，为保证整个绿光激光器的产品内部气压稳定性和环境干燥度以及环境洁净度，所述第三布儒斯特窗口片14在安装时应注意密封处理，所述第三布儒斯特窗口片14同时还起到对绿光光纤激光器系统与外界环境隔绝的效果。

所述全反射镜15位于第一分色镜11的后方，该镜片可以将残余基频信号光和不完全反射的倍频光进行全反射。

进一步地，为了提高反射率，该镜片受光端面镀1000～1100nm和500～550nm的高反膜，经部件11透射的残余基频信号光和不完全反射的倍频光均会被该部件反射至闲频光收集器16的散热光吸收板上，该设计可以极大地减少沿原光路返回的光的量，进而极大地提高系统的稳定性和元器件的安全性。

所述闲频光收集器16位于所述全反射镜15的后方，该部件主要用于残余基频信号光的吸收和散热，经所述全反射镜15反射的残余基频信号光和不完全反射的倍频光均会在该收集器中被湮灭。

进一步地，为了减少闲频光湮灭时造成的热能对系统稳定性的影响，该收集器做了强散热处理。

进一步地，为了减少收集盒内壁材料的镜面反射对光路稳定性的影响，在收集盒的受光区域做糙化处理，把所述闲频光收集器16对系统的影响做到了最小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者器件所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者器件中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，以及对本申请中的各个实施例进行组合，这些改进、修饰和组合也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绿光光纤激光器，其特征在于,依次包括高重频保偏光纤激光器(1)、第一布儒斯特窗口片(3)、第二半波片(4)、第一平凸透镜(5)、激光晶体(7)、第二平凸透镜(8)、第一分色镜(11)，所述高重频保偏光纤激光器(1)输出高重频保偏1000～1100nm的线偏振型基频信号光，所述第一布儒斯特窗口片(3)为呈布儒斯特角放置的光学镜片，在光束经过所述第一平凸透镜(5)时，光束会被聚焦，所述激光晶体(7)为倍频晶体，所述第二平凸透镜(8)对激光晶体(7)内出射的倍频光和基频信号光进行准直，所述第一分色镜(11)分离残余的基频信号光和倍频光。

2.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,还包括第一半波片(2)，所述第一半波片(2)位于所述高重频保偏光纤激光器(1)和第一布儒斯特窗口片(3)之间。

3.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,还包括晶体控温系统(6)，所述晶体控温系统(6)环绕所述激光晶体(7)。

4.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,还包括第三半波片(9)、第二布儒斯特窗口片(10)，所述第三半波片(9)、第二布儒斯特窗口片(10)依次位于所述第二平凸透镜(8)、第一分色镜(11)之间。

5.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,还包括第二分色镜(12)、小孔光阑(13)、第三布儒斯特窗口片(14)、反射镜(15)、闲频光收集器(16)中的一个或者数个部件，上述部件位于第一分色镜(11)的后方。

6.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,所述第二半波片(4)调节光束的偏振态时应使调节后的光束偏振方向与调节前互相垂直。

7.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于,所述第一布儒斯特窗口片(3)按照波长1000～1100nm对应的材料折射率计算出最合适的角度放置。

8.如权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于，所述第一布儒斯特窗口片(3)的受光端面均采用高抛光处理。

9.如权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于，所述第一分色镜(11)与主光路呈45°放置，为双端平面的分色镜。

10.如权利要求4所述的绿光光纤激光器，其特征在于，所述第二布儒斯特窗口片(10)按照波长500～550nm对应的材料折射率计算出最合适的角度进行放置。

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