CN220421104U - 一种全固态黄光激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全固态黄光激光器，包括：泵浦源、聚焦耦合系统、自倍频晶体、激光谐振腔；其中，泵浦源的工作波长为900‑980nm的光源；所述自倍频晶体为镱掺杂硼酸钇铝晶体，沿晶体有效非线性系数最大方向切割；所述激光谐振腔由输入腔镜和输出腔镜组成，输入腔镜和输出腔镜分别镀有特定介质膜以抑制1000‑1100nm波段激光起振，将泵浦源发出的光经聚焦系统准直聚焦后入射到所述自倍频晶体中，在谐振腔内产生基频激光振荡，基频光通过自倍频晶体的频率转换功能实现560‑580nm黄光波段激光输出。本发明的全固态黄光激光器只需一块晶体即可实现黄光激光输出，具有体型小、结构简单紧凑、重量轻、集成化、光束质量高、可靠性高、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光和非线性晶体器件技术领域，尤其涉及一种全固态黄光激光器。
背景技术
目前获得全固态黄光激光最有效的方式是使用自倍频晶体的方式，在2016年时首次在Yb:YCOB晶体中实现瓦级黄光激光输出(Optics Letters 41(5):1002-1005,2016)，该种方式简单有效，但是输出波长不稳定，功率较低。在2020年通过优化在Yb:YCOB晶体中获得了波长较为稳定的黄光激光输出，功率为1.71W。但是由于该类晶体的热导率较低，在产生黄光的过程中会产生大量的热导致热效应严重，从而导致输出功率有限，难以满足大功率黄光场景需求。
针对目前存在的不足，有必要设计一种具有高热导率的自倍频黄光激光系统。
发明内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种全固态黄光激光器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种全固态黄光激光器，包括：
泵浦源，为输出工作波长为900-980nm的激光光源；
聚焦耦合系统，位于所述泵浦源的输出端，并将光源进行缩小或放大；
激光谐振腔，位于所述聚焦耦合系统的输出端，包括输入腔镜和输出腔镜，
所述输入腔镜表面镀有对900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射的第一介质膜；所述输出腔镜表面镀有对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的第二介质膜；
自倍频晶体，位于所述输入腔镜和所述输出腔镜之间，为镱掺杂硼酸钇铝晶体；所述自倍频晶体的通光方向是自倍频的相位匹配方向。
本实用新型提供的另一一种全固态黄光激光器，包括：
泵浦源，为输出工作波长为900-980nm的激光光源；
聚焦耦合系统，位于所述泵浦源的输出端，并将光源进行缩小或放大；
自倍频晶体，为镱掺杂硼酸钇铝晶体，所述自倍频晶体的通光方向是自倍频的相位匹配方向；
在所述自倍频晶体的输入端镀有第一介质膜，另一面镀有第二介质膜，共同组成激光谐振腔；所述第一介质膜是对900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射的介质膜，所述第二介质膜是对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的介质膜。
本实用新型一个较佳实施例中，所述镱掺杂硼酸钇铝晶体的镱离子掺杂浓度为0.5％-60％。
本实用新型一个较佳实施例中，所述泵浦源为出射波长为900-980nm的钛宝石激光器或者激光二极管激光器。
本实用新型一个较佳实施例中，所述自倍频晶体通光方向为沿1120-1160nm有效非线性系数最大的相位匹配的方向切割，切割方向为θ＝30±5°，φ＝0°。
本实用新型一个较佳实施例中，所述自倍频晶体的通光方向长度为0.3mm-40mm。
本实用新型一个较佳实施例中，所述自倍频晶体是包裹在热沉上的；所述热沉的材质为紫铜或黄铜，所述热沉中通有循环冷却水或连接TEC制冷片。
本实用新型一个较佳实施例中，自倍频晶体的通光面为圆形、正方形或长方形。
本实用新型一个较佳实施例中，所述聚焦耦合系统的焦距为2cm-50cm，用于将所述泵浦源进行缩小或放大。
本实用新型一个较佳实施例中，所述泵浦源的工作模式为连续或者脉冲。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：
(1)本实用新型提供了一种全固态黄光激光器，通过采用热导率高的自倍频晶体，并在两侧分别增设第一介质膜和第二介质膜，利用第一介质膜对于900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射，利用第二介质膜对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的性质，增大了自倍频晶体对泵浦光的吸收效率，同时自倍频晶体具有较高的热导率，可以承受更高功率的泵浦功率，从而实现高功率黄光激光输出，满足大功率黄光场景需求。
(2)本实用新型中自倍频晶体采用的镱掺杂硼酸钇铝晶体热导率高，在使用过程中由于热导率高所以热效应小，激光稳定性高，进一步保证自倍频晶体承受更高功率的泵浦功率，实现更高功率黄光激光输出。
(3)本实用新型中采用一块晶体结构获得黄光激光的方式，激光器结构设计具有简单、易于操作、结构稳定、易于更换和调试等优势。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
图1是本实用新型的实施例1的全固态黄光激光器的结构示意图；
图2是本实用新型的实施例1的全固态黄光激光器的激光输出波长图；
图3是本实用新型的实施例4的全固态黄光激光的微片式结构示意图；
图中：1、泵浦源；2、聚焦耦合系统；3、输入腔镜；4、自倍频晶体；5、输出腔镜；6、第一介质膜；7、第二介质膜。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
对于本实用新型中前述部分或后续部分所提及的相关术语解释如下：
LD：激光二极管，Laser Diode的简写。
高透过：是指对特定波长或波段光的透过率大于99％。
高反射：是指对特定波长或波段光的反射率大于99％。
相位匹配：所谓相位匹配条件实际就是基频光和倍频光在晶体内传播时具有相同的折射率。在所有的相位匹配角度上存在一个角度可以达到最高的倍频效率，该角度称为最佳相位匹配方向。
针对目前存在的不足，本实用新型设计了一种具有高热导率的自倍频黄光激光系统，该种自倍频晶体4热导率高，可以承受更高功率的泵浦功率，实现高功率黄光激光输出。
本实用新型提供的一种全固态黄光激光器，包括：
泵浦源1，为输出工作波长为900-980nm的光源；
聚焦耦合系统2，位于泵浦源1的输出端，并将光源进行缩小或放大；
激光谐振腔，位于聚焦耦合系统2的输出端，包括输入腔镜3和输出腔镜5，
输入腔镜3表面镀有对900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射的第一介质膜6；输出腔镜5表面镀有对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的第二介质膜7；
自倍频晶体4，位于输入腔镜3和输出腔镜5之间，为镱掺杂硼酸钇铝晶体；自倍频晶体4的通光方向是自倍频的相位匹配方向。
本实用新型中泵浦源1为出射波长为900-980nm的钛宝石激光器或者激光二极管激光器，优选为激光二极管激光器。泵浦源1的工作模式为连续或者脉冲。
聚焦耦合系统2的焦距为2cm-50cm，用于将泵浦源1进行缩小或放大。
自倍频晶体4的通光面为圆形、正方形或长方形；自倍频晶体4通光方向为沿1120-1160nm有效非线性系数最大的相位匹配的方向切割，切割方向为θ＝30±5°，φ＝0°。自倍频晶体4的通光方向长度为0.3mm-40mm。
自倍频晶体4可以同时实现基频激光振荡和频率转换，将泵浦源1发出的光经聚焦耦合系统2准直聚焦后通过输入腔镜3后入射到自倍频晶体4中，在谐振腔内产生基频激光振荡，基频光通过自倍频晶体4的频率转换功能对基频光进行倍频，实现560-580nm黄光波段激光输出。
本实用新型中镱掺杂硼酸钇铝晶体的镱离子掺杂浓度为0.5％-60％。
本实用新型中自倍频晶体4是包裹在热沉上的；热沉的材质为紫铜或黄铜，热沉中通有循环冷却水或连接TEC制冷片，以保证热沉的恒温从而保证自倍频晶体4的恒温。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1公开一种全固态黄光激光器，包括沿光路方向依次排列的泵浦源1、聚焦耦合系统2、输入腔镜3、自倍频晶体4、输出腔镜55。
其中，泵浦源1是发射中心波长为975nm的激光二极管；聚焦耦合系统2将泵浦源1光斑进行1:2放大，焦距为6cm。
自倍频晶体4是镱掺杂硼酸钇铝晶体，镱离子掺杂浓度为15％、通光方向为沿1130nm有效非线性系数最大的相位匹配的方向切割、长度4mm、通光面抛光并镀有对560-580nm和900-1200nm高透过的介质膜，切割角度为：θ＝29.93°，φ＝0°。
输入腔镜3镀有对900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射的第一介质膜6，输出腔镜5镀有对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的第二介质膜7。
开启泵浦源1，加大泵浦源1的激光功率，可实现565nm黄光激光输出，输出波长如图2所示。
实施例2：
本实施例结构如实施例1所示，所不同的是，泵浦源1为发射中心波长为940nm的激光二极管，镱掺杂硼酸钇铝晶体长度为10mm，切割角度：θ＝30.04°，φ＝0°，聚焦耦合系统2将泵浦源1进行1：1放大，焦距为4cm，实现的是波长为560nm的黄光激光输出。
实施例3：
本实施例结构如实施例1所示，所不同的是，晶体通光方向沿1160nm方向切割，切割角度：θ＝29.64°，φ＝0°，实现波长为580nm的黄光激光输出。
实施例4：
如图3所示，本实施例结构如实施例1所示不同的是：该全固态黄光激光器为微片式结构，包括：沿光路方向依次排列的泵浦源1、聚焦耦合系统2、自倍频晶体4。其中，在靠近聚焦耦合系统2输出端的一面镀有第一介质膜6，另一面镀有第二介质膜7，以形成一体化结构，第一介质膜6是对900-1100nm高透过且对1120-1160nm和560-580nm高反射的介质膜，第二介质膜7是对980-1100nm和560-580nm高透过且对900-980nm和1120-1160nm高反射的介质膜，可实现565nm激光输出。
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (9)
1.一种全固态黄光激光器，其特征在于，包括依次沿光路放置的泵浦源、聚焦耦合系统、输入腔镜、自倍频晶体、输出腔镜：
其中：泵浦源为输出工作波长为900-980nm的激光光源；
聚焦耦合系统，位于所述泵浦源的输出端，并将光源进行缩小或放大；
输入腔镜和输出腔镜组成激光谐振腔，位于所述聚焦耦合系统的输出端，
所述输入腔镜表面镀有对900-1100 nm高透过且对1120-1160 nm和560-580 nm高反射的第一介质膜；所述输出腔镜表面镀有对980-1100 nm和560-580 nm高透过且对900-980nm和1120-1160 nm高反射的第二介质膜；
自倍频晶体，位于所述输入腔镜和所述输出腔镜之间，为镱掺杂硼酸钇铝晶体；所述自倍频晶体的通光方向是自倍频的相位匹配方向。
2.一种全固态黄光激光器，其特征在于，包括依次沿光路放置的泵浦源、聚焦耦合系统、输入腔镜、自倍频晶体、输出腔镜：
其中：泵浦源为输出工作波长为900-980nm的激光光源；
聚焦耦合系统，位于所述泵浦源的输出端，并将光源进行缩小或放大；
自倍频晶体，为镱掺杂硼酸钇铝晶体，所述自倍频晶体的通光方向是自倍频的相位匹配方向；
在所述自倍频晶体的输入端镀有第一介质膜，另一面镀有第二介质膜，共同组成激光谐振腔；所述第一介质膜是对900-1100 nm高透过且对1120-1160 nm和560-580 nm高反射的介质膜，所述第二介质膜是对980-1100 nm和560-580 nm高透过且对900-980nm和1120-1160 nm高反射的介质膜。
3.根据权利要求1或2所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述泵浦源为出射波长为900-980nm的钛宝石激光器或者激光二极管激光器。
4. 根据权利要求1或2所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述自倍频晶体通光方向为沿1120-1160 nm有效非线性系数最大的相位匹配的方向切割，切割方向为θ=30±5°，φ=0°。
5.根据权利要求4所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述自倍频晶体的通光方向长度为0.3mm-40mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述自倍频晶体是包裹在热沉上的；所述热沉的材质为紫铜或黄铜，所述热沉中通有循环冷却水或连接TEC制冷片。
7.根据权利要求1或2所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：自倍频晶体的通光面为圆形、正方形或长方形。
8.根据权利要求1或2所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述聚焦耦合系统的焦距为2cm-50cm，用于将所述泵浦源进行缩小或放大。
9.根据权利要求3所述的一种全固态黄光激光器，其特征在于：所述泵浦源的工作模式为连续或者脉冲。
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