CN2529415Y

CN2529415Y - 双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔

Info

Publication number: CN2529415Y
Application number: CN 02207599
Authority: CN
Inventors: 檀慧明
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-01-01
Anticipated expiration: 2012-03-15

Abstract

本实用新型属于半导体激光泵浦全固态激光器，涉及对单向端面泵浦腔内倍频谐振腔和双向泵浦的单增益介质折叠倍频谐振腔的改进。由泵浦光源、光学耦合部件、腔镜、激光增益介质、倍频晶体、输出耦合反射镜组成，本实用新型提供的双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔采用了两套泵浦系统，使得一台激光器获得了两台激光器的泵浦功率，从而获得了较高的倍频光输出功率，同时保持了原单向泵浦谐振腔的可靠性、稳定性好和结构紧凑等优点。由于采用了直腔结构减少了谐振腔的总长度和复杂性，使得谐振腔的稳定性提高、装调和固定容易，本实用新型的结构既增加了耦合泵浦功率，又保持了背景技术单向端面泵浦谐振腔的优点，适用于半导体激光泵浦全固体激光器。

Description

双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔

技术领域：本实用新型属于半导体激光泵浦全固态激光技术领域，涉及一种对单向端面泵浦腔内倍频谐振腔和双向泵浦的单增益介质折叠倍频谐振腔的改进。

背景技术：半导体激光作为泵浦光源从端面聚焦或近贴入射耦合到激光增益介质中，可以与腔内激发的基频光模式很好的匹配，具有高的转换效率和好的光束质量。图1是一般单向端面泵浦腔内倍频谐振腔的主要工作方式。在图1中有半导体激光器1、光学耦合系统2、反射镜3、增益介质4、输出耦合镜5、倍频晶体6，半导体激光器发出的光束经光学耦合系统聚焦到增益介质内，增益介质的左平面与输出耦合镜的凹面组成谐振腔，腔内传播的基频光通过倍频晶体时，转换为倍频光，并通过输出耦合镜输出。该谐振腔的长度可以设计得很短，具有装调和固定容易、体积紧凑、可靠性和稳定性好等优点，已被广泛的应用于全固体倍频激光器的产品中。这类端面泵浦谐振腔的主要缺点是只能从单方向泵浦，耦合到激光增益介质内的泵浦功率不能过高。

图2是双向泵浦的单增益介质折叠倍频谐振腔。该谐振腔由半导体激光器1和10，光学耦合系统2和9，反射镜3，增益介质4，输出耦合镜5，倍频晶体6和反射腔镜8组成。这种谐振腔的优点是通过增加泵浦光源，获得比单方向泵浦激光器大的耦合功率。

本实用新型的目的是解决单方向端面泵浦谐振腔结构使功率低和折叠腔结构带来的谐振腔稳定性差、增加了谐振腔的总长度与复杂性以及谐振腔的装调和固定困难等问题，提出了一种双向端而泵浦的腔内倍频激光谐振腔。

发明的详细内容：本实用新型如图3所示，由泵浦光源1和10，光学耦合部件2和9，腔镜3和8，激光增益介质4和7，倍频晶体6，输出耦合反射镜5组成，它们通过支架11固定在底座12上，在泵浦光源1和10之间置有光学耦合部件2和9，保证泵浦光源1和10发出的泵浦光耦合聚焦到激光增益介质4和7内，在光学耦合部件2和9之间置有腔镜3和8，由腔镜3和8组成谐振腔，在腔镜3和8之间置有激光增益介质4和7，激光增益介质4和7之间置有输出耦合反射镜5和倍频晶体6，放置输出耦合反射镜5使其表面法线与腔镜3和8的表面法线成一定角度，以保证增益介质4和7的基频激光通过倍频晶体6产生的倍频光输出到谐振腔腔外。

本实用新型工作时：由泵浦光源1和10发出泵浦光，被光学耦合部件2和9分别耦合聚焦到激光增益介质4和7内；当泵浦光源1和10发出泵浦光的功率超过谐振腔的阈值功率时，激光增益介质4和7产生基频激光并在腔镜3和8之间传播；当基频光束通过倍频晶体6时，产生沿基频光方向传播的倍频光；当倍频光通过输出耦合反射镜5时，倍频光被输出耦合反射镜5反射输出到双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔腔外。

本实用新型提供的双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔采用了两套泵浦系统，使得一台激光器获得了两台激光器的泵浦功率，从而获得了较高的倍频光输出功率，同时保持了原单向泵浦谐振腔的可靠性、稳定性好和结构紧凑等优点。由于采用了直腔结构减少了谐振腔的总长度和复杂性，使得谐振腔的稳定性提高、装调和固定容易，本实用新型的结构即增加了耦合泵浦功率，又保持了背景技术单向端面泵浦谐振腔的优点，适用于半导体激光泵浦全固体激光器。

附图说明：

图1是背景技术单向端面泵浦腔内倍频谐振腔结构图

图2是背景技术双向泵浦的单增益介质折叠倍频谐振腔结构图

图3是本实用新型的结构示意图

图4是全固态绿光532nm激光器采用本实用新型的实施例

图5是全固态绿光532nm激光器采用本实用新型的实施例

具体实施方式：

本实用新型的实施例一，如图3所示：由泵浦光源1和10，光学耦合部件2和9，腔镜3和8，激光增益介质4和7，倍频晶体6和输出耦合反射镜5组成，它们通过支架11固定在底座12上。

泵浦光源1和10可采用808nm的单管半导体激光器或808nm半导体激光器阵列，也可以采用从670nm到980nm其它波长的半导体激光器作为泵浦光源。光学耦合部件2和9是由球面镜、非球面镜、柱面镜、自聚焦透镜、光纤、棱镜或二元光学透镜等部分元件组成。光学耦合部件2和9作用是把泵浦光源1和10发出的椭圆象散泵浦光，耦合聚焦到激光增益介质4和7内。腔镜3和8的靠近光学耦合部件2和9的表面镀有对泵浦光减反的介质膜，靠近激光增益介质4和7的表面镀有对泵浦光减反和腔内谐振的基频光高反的多层介质膜。腔镜3和8可以是平面，也可以是凹面。激光增益介质4和7可以是Nd：YAG，Nd：YVO₄或其它掺Nd⁺³的材料，激光增益介质4和7也可以是Cr：LiSAF或其它掺Cr⁺³的材料。激光增益介质4和7的四个表面都镀有对基频光减反的介质膜，也可以把两个腔镜3和/或8去掉，把对泵浦光减反和腔内谐振的基频光高反的多层介质膜直接镀在激光增益介质4和/或7的靠近腔镜3和/或8的表面，由一个激光增益介质4或7的表面与腔镜3或8或两个激光增益介质4和7的表面形成谐振腔。在这种结构中，也可把光学耦合部件2和/或9去掉，并使半导体激光器的发光点靠近激光增益介质4和/或7，直接把泵浦光近贴耦合到激光增益介质4和/或7内。倍频晶体6是KTP，LBO，BBO，KN，PPKTP或其它的二阶非线性光学材料。倍频晶体6的两个表面镀有对基频光和倍频光的双波长增透介质膜。输出耦合反射镜5的一个表面镀有对基频光减反的介质膜，另一个表面镀有对基频光减反和倍频光高反的多层介质膜。输出耦合反射镜5也可以去掉，把激光增益介质4、7或腔内倍频晶体6的一个表面切割成斜面，并把对基频光减反和倍频光高反的多层介质膜直接镀在斜面上，倍频光由激光增益介质4、7或腔内倍频晶体6的斜面反射输出到双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔腔外。

本实用新型的实施例二，半导体激光双向端面泵浦腔内倍频532nm绿激光的谐振腔及泵浦系统如图4所示。泵浦光源1和10是采用输出波长为808nm的半导体激光器。光学耦合部件2和9是自聚焦透镜，其四个平面镀制808nm波长减反的介质膜。激光增益介质4和7是Nd：YVO₄，激光增益介质4的左面镀制808nm波长减反和1064nm波长高反的多层介质膜作为腔镜，激光增益介质4的右边镀制1064nm波长减反的介质膜。倍频晶体6是采用KTP，以H类临界位相匹配角度切割，倍频晶体6的两个通光面镀1064nm和532nm双波长减反的介质膜。放置输出耦合反射镜5使其表面法线与腔镜3和8的表面法线成具有能使倍频光反射出谐振腔的夹角，输出耦合反射镜5的一个平面镀制1064nm减反的介质膜，或放置输出耦合反射镜5使其表面法线与腔镜3和8的表面法线成布儒特角，而在这个平面不镀膜，另一个平面镀制对1064nm波长减反和对532nm波长高反的多层介质膜。激光增益介质7的左边镀制1064nm波长减反介质膜，右边镀1064nm和808nm双波长减反膜。腔镜8的左面抛成凹面，凹面曲率半径在20mm到1000mm之间，并镀制808nm波长减反和1064nm波长高反的多层介质膜，平面镀制808nm波长减反的介质膜。激光增益介质4的左平面与腔镜8的凹面形成谐振腔。两个808nm的半导体激光器1和10在半导体激光电源的驱动下发出808nm的泵浦光，由自聚焦透镜2和9耦合到Nd：YVO₄ 4和7内，并产生1064nm的基频光在腔内传播，基频光通过KTP时转换为倍频光，倍频光通过输出耦合反射镜5被反射出谐振腔。

本实用新型实施例三与实施例一类似，只是把腔镜3和8去掉，而将腔镜直接镀制在激光增益介质4和7的右面，激光增益介质7的右而可抛光成平面或凸面。

本实用新型实施例四与实施例一或三类似，只是在倍频晶体6的右面放一个与平面输出耦合镜5相同的输出耦合镜12，如图5所示，这样可获得两个方向传播的倍频光输出。

本实用新型实施例五也与实施例一或三类似，但去掉输出耦合镜5，而把倍频晶体6的一个面或两个面切割成斜面，斜面法线与腔镜法线的夹角能使倍频光能反射出谐振腔。倍频晶体6的斜面镀与输出耦合反射镜5的输出反射面相同的多层介质膜。当1064nm的基频激光通过倍频晶体6时，基频光被转换成倍频光，通过腔内倍频晶体6的斜面反射输出。

本实用新型实施例六与实施例五类似，但是把激光增益介质4/或7的一个面或激光增益介质4和7的各一个面切割成斜面，斜面镀与平面输出耦合镜5的输出反射面相同的多层介质膜。当倍频光通过激光增益介质4和7的斜面时被反射输出。

本实用新型实施例七与实施例二类似，但是把光学耦合部件2和9换为由棱镜和球面镜等组成的对半导体输出的椭圆光束圆化的耦合系统，提高输出光束的光束质量，增加耦合效率。

本实用新型实施例八，半导体激光双向端面泵浦腔内倍频473nm波长蓝激光的谐振腔及泵浦系统与图4的实施例二类似。但激光增益介质4和7采用Nd：YAG材料。激光增益介质4的左边镀946nm波长高反，1064nm、1320nm和808nm三个波长减反的多层介质膜腔镜，激光增益介质4的右平面镀946nm波长减反的介质膜，输出耦合反射镜5的一个面镀946nm波长减反的介质膜，另一个面镀946nm波长减反和473nm波长高反的多层介质膜。腔内倍频晶体6是LBO，以I类临界位相匹配的角度切割，双面镀946nm和473nm的双波长减反介质膜。激光增益介质7的左边镀946nm波长减反的介质膜，右边镀946nm和808nm双波长减反膜。腔镜8的凹面镀946nm波长高反，1064nm，1320nm和808nm三波长减反的介质膜，平面镀808nm波长减反的介质膜。工作原理与实施例二相同，但输出473nm波长的蓝光。本实施例也可采用与实施例三、四、五、六和七类似的结构，只是选用不同的材料和膜层设计。

本实用新型实施例九，半导体激光双向端面泵浦腔内倍频457nm波长蓝激光的谐振腔及泵浦系统与图4的实施例二类似。激光增益介质4和7仍采用Nd：YVO₄材料，但激光增益介质4的左边镀914nm波长高反，1064nm、1342nm和808nm三个波长减反的多层介质膜腔镜，激光增益介质4的右平面镀914nm波长减反的介质膜，输出耦合反射镜5的一个面镀914nm波长减反的介质膜，另一个面镀914nm波长减反和457nm波长高反的多层介质膜。腔内倍频晶体6是LBO，以I类临界位相匹配的角度切割，双面镀914nm和457nm的双波长减反介质膜。激光增益介质7的左边镀914nm波长减反的介质膜，右边镀914nm和808nm双波长减反膜。腔镜8的凹面镀914nm波长高反，1064nm，1342nm和808nm三波长减反的介质膜，平面镀808nm波长减反的介质膜。工作原理与实施例二相同，但输出457nm波长的蓝光。本实施例也可采用与实施例三、四、五、六和七类似的结构，只是选用不同的材料和膜层设计。

本实用新型实施例十，半导体激光双向端面泵浦腔内倍频671nm波长红激光的谐振腔及泵浦系统与图4的实施例二类似。激光增益介质4和7仍采用Nd：YVO₄材料，但激光增益介质4的左边镀1342nm波长高反，1064nm和808nm波长减反的多层介质膜腔镜，激光增益介质4的右平面镀1342nm波长减反的介质膜，输出耦合反射镜5的一个面镀1342nm波长减反的介质膜，另一个面镀1342nm波长减反和671nm波长高反的多层介质膜。腔内倍频晶体6是LBO，以I类临界位相匹配的角度切割，双面镀1342nm和671nm的双波长减反介质膜。激光增益介质7的左边镀1342nm波长减反的介质膜，右边镀1342nm和808nm双波长减反膜。腔镜8的凹面镀1342nm波长高反，1064nm和808nm三波长减反的介质膜，平面镀808nm波长减反的介质膜。工作原理与实施例二相同，但输出671nm波长的蓝光。本实施例也可采用与实施例三、四、五、六和七类似的结构，只是选用不同的材料和膜层设计。

Claims

1、双向端面泵浦腔内倍频激光谐振腔，包括泵浦光源1和10，光学耦合部件2和9，其特征还在于包括：腔镜3和8，激光增益介质4和7，倍频晶体6，输出耦合反射镜5，它们通过支架11固定在底座12上，在泵浦光源1和10之间置有光学耦合部件2和9，保证泵浦光源1和10发出的泵浦光耦合聚焦到激光增益介质4和7内，在光学耦合部件2和9之间置有腔镜3和8，由腔镜3和8组成谐振腔，在腔镜3和8之间置有激光增益介质4和7，激光增益介质4和7之间置有输出耦合反射镜5和倍频晶体6，放置输出耦合反射镜5使其表面法线与腔镜3和8的表面法线成一定角度，以保证增益介质4和7的基频激光通过倍频晶体6产生的倍频光输出到谐振腔腔外。