CN2634681Y - 激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光二极管泵浦的高功率腔内倍频固体激光器，包括：半导体激光器、耦合器和倍频晶体，其中一条光路，左半导体激光器和右半导体激光器射出的泵浦光分别通过左、右耦合输出光纤，由左、右耦合器将泵浦光通过左、右双色膜平面反射镜聚焦到激光晶体上，另一条光路是，激光晶体吸收双向泵浦光能量后，经过左、右双色膜平面反射镜将光束射入双色膜输出耦合凹面镜，振荡光通过倍频晶体将光束射入双色膜反射凹面镜。本实用新型采用了I类非临界相位匹配(NCPM)方式，具有输出功率高、光－光转换效率高、调整容易等优点，可应用于激光泵浦源、激光医学、激光工业加工、光学信息存储等行业。

Description

激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器

一、技术领域

本实用新型涉及半导体激光器泵浦全固态高功率绿光激光技术。

二、背景技术

激光二极管(LD)泵浦全固体绿光激光器可以取代传统的气体激光器和染料激光器，并从根本上解决了传统激光器诸如设备庞大、效率低、寿命短和稳定性差等问题，在科研、医疗、通讯和大屏幕彩色显示等许多领域都有着广阔的应用前景。中国专利申请01212953提出了以角度相位匹配方式的KTP倍频晶体实现全固态激光器的绿光输出，但这种匹配方式所固有的走离效应使得倍频效率处在一个较低的水平，KTP晶体特有的灰线效应也严重影响倍频效率的提高和输出激光的品质，另外需要耐心调整才能达到KTP晶体的最佳角度相位匹配方式，因此采用KTP晶体倍频的方式转换效率低，调整也较困难。

三、实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种采用新的倍频方式，不仅可以有效地提高倍频效率，而且可以获得大功率绿光输出的激光二极管泵浦高功率腔内倍频固体激光器。

实现本实用新型的技术方案是这样解决的：激光二极管泵浦的高功率腔内倍频固体激光器，包括：半导体激光器、耦合器和倍频晶体，其改进之处在于：其中一条光路，左半导体激光器和右半导体激光器射出的泵浦光分别通过左、右耦合输出光纤，由左、右耦合器将泵浦光通过左、右双色膜平面反射镜聚焦到激光晶体上；另一条光路是，激光晶体吸收双向泵浦光能量后，经过左、右双色膜平面反射镜将光束射入双色膜输出耦合凹面镜，振荡光通过倍频晶体将光束射入双色膜反射凹面镜。

本实用新型由于采用I类非临界相位匹配(NCPM)方式的LBO作为倍频晶体，从根本上消除了角度相位匹配所导致的走离效应和KTP晶体特有的灰线效应，因此提高了激光器的倍频效率。另外倍频晶体LBO的I类非临界相位匹配方式实现较为简单，只需做简单的调整。

四、附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。

五、具体实施方式

附图为本实用新型的具体实施例；

下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说明：

参见附图，激光二极管泵浦的高功率腔内倍频固体激光器，其中一条光路，左半导体激光器1和右半导体激光器7射出的泵浦光分别通过左、右耦合输出光纤12、13，由左、右耦合器2、6将泵浦光通过左、右双色膜平面反射镜3、5聚焦到激光晶体4上；另一条光路是，激光晶体4吸收双向泵浦光能量后，经过左、右双色膜平面反射镜3、5将光束射入双色膜输出耦合凹面镜8，振荡光通过倍频晶体10将光束射入双色膜反射凹面镜11。半导体激光器泵浦全固态激光器的谐振腔由左双色膜平面反射镜3、右双色膜平面反射镜5、双色膜输出耦合凹面镜8、双色膜反射凹面镜11构成。

激光晶体4侧面用铟箔包裹放入水冷散热铜块中，激光晶体4两通光面均镀有808nm和1.064μm增透膜(透过率大于99.9％)，冷却温度调节范围在16℃～22℃之间。

左双色膜平面反射镜3面对激光晶体4的一面镀808nm的增透膜(透过率大于99.9％)和1.064μm高反膜(反射率大于99.9％)，另一面镀有808nm的增透膜(透过率大于99.9％)，左双色膜平面反射镜3安装在二维调整架上，且与激光晶体4处在同一光轴上。

右双色膜平面反射镜5面对激光晶体4的一面镀808nm的增透膜(透过率大于99.9％)和1.064μm高反膜(反射率大于99.9％)，另一面镀有808nm的增透膜(透过率大于99.9％)，右双色膜平面反射镜5安装在二维调整架上，且与激光晶体4处在同一光轴上，右双色膜平面反射镜5与水平面的正向夹角为16°≤θ≤60°。

耦合输出双色膜凹面镜8曲率半径R选取范围为50～100mm，镀有1.064μm高反膜(反射率大于99.9％)和532nm增透膜(透过率大于99.9％)，耦合输出双色膜凹面镜8与右双色膜平面反射镜5距离调整范围为150～300mm。

双色膜反射凹面镜11为凹面镜，曲率半径R选取范围为30～100mm，凹面镀有1.064μm和532nm双色膜高反膜(反射率大于99.9％)。

水冷散热铜块的长度可以根据使用的激光晶体的长度做相应的设计。左双色膜平面反射镜3与水冷散热铜块左端面的调整距离范围为5～10mm，右双色膜平面反射镜5与水冷散热铜块右端面调整距离范围为20～25mm。

左耦合器2和右耦合器6均可由两个平凸透镜组成，平凸透镜的焦距f选取范围为30～50mm、相互之间调整距离为5～10mm，每个透镜的两个面均镀有MF₂增透膜；左耦合器2与水冷散热铜块左端面的调整距离范围为30～60mm，右耦合器6与水冷散热铜块右端面的调整距离范围为30～60mm。

双色膜输出耦合凹面镜8与双色膜反射凹面镜11的允许调整距离范围可以在80～150mm之间变化，双色膜输出耦合凹面镜8距离温控炉9左端面的距离允许调整范围在20～60mm之间。

工作过程：左半导体激光器1和右半导体激光器7通过各自的左耦合输出光纤12和右耦合输出光纤13分别与左耦合器2和右耦合器6相连，左耦合器2和右耦合器6均固定于三维调整架上。两台半导体激光器出射的泵浦光经过两个耦合器的准直聚焦后，分别入射到激光晶体4的左右两个端面上。激光晶体4用铟箔包裹后装入通有循环冷却水的散热铜块中。散热铜块通过进水口和出水口分别与恒温冷却器的进水管和出水管相连。激光晶体4吸收左、右半导体激光器泵浦光能量后产生受激辐射。受激辐射的光在谐振腔中来回振荡并放大，最后在谐振腔中形成高强度振荡的基频激光。振荡的基频激光由倍频晶体10在谐振腔内实现双通倍频，在谐振腔内产生振荡的基频光；振荡的基频光穿过倍频晶体10后产生极化，达到频率倍频的目的。倍频光由双色膜输出耦合凹面镜8透射出激光二极管泵浦的固体激光器。温控炉9的设定温度需根据谐振腔内基频光的功率大小做即时调整，温度的设定范围在130℃～150℃之间。实现本实用新型激光二极管泵浦高功率腔内倍频固体激光器输出连续的高功率基模绿色激光。

Claims (8)

1、一种激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，包括：半导体激光晶体(1)、(7)，耦合器(2)、(6)，激光晶体(2)、(6)，倍频晶体(10)，其特征在于：其中一条光路，左半导体激光器(1)和右半导体激光器(7)射出的泵浦光分别通过左、右耦合输出光纤(12)、(13)，由左、右耦合器(2)、(6)将泵浦光通过左、右双色膜平面反射镜(3)、(5)聚焦到激光晶体(4)上，另一条光路是，激光晶体(4)吸收双向泵浦光能量后，受激辐射光在谐振腔内振荡放大，形成稳定的基频振荡光，基频振荡光由右双色膜平面反射镜(5)将光束引向双色膜输出耦合凹面镜(8)，并通过倍频晶体(10)，最终到达双色膜反射凹面镜(11)。

2、根据权利要求1所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，左双色膜平面反射镜(3)、右双色膜平面反射镜(5)、双色膜输出耦合凹面镜(8)、双色膜反射凹面镜(11)构成谐振腔。

3、根据权利要求1所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，激光晶体(4)侧面用铟箔包裹放入水冷散热铜块中，倍频晶体(10)用铟箔包裹后放入温控炉(9)中。

4、根据权利要求1或3所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，将左、右双色膜平面反射镜(3)、(5)安装在二维调整架上，且与激光晶体(4)在同一光轴，并且右双色膜平面反射镜(5)与水平面的正向夹角为16°≤θ≤60°。

5、根据权利要求1或2所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，双色膜输出耦合凹面镜(8)的曲率半径选取范围为50～100mm；双色膜输出耦合凹面镜(8)与双色膜反射凹面镜(11)的距离允许调整范围为80～150mm，另外双色膜反射凹面镜(11)凹面的曲率半径R选取范围为30～100mm，凹面镀1.064μm和532nm双色膜高反膜。

6、根据权利要求1或3所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，左双色膜平面反射镜(3)与水冷散热铜块左端面的调整距离范围为5～10mm，右双色膜平面反射镜(5)与水冷散热铜块右端面的调整距离范围为20～25mm。

7、根据权利要求1所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，左耦合器(2)和右耦合器(6)均可由两个平凸透镜组成，平凸透镜的焦距f范围为30～50mm、相互之间调整距离为5～10mm，每个透镜的两个面均镀有MF2增透膜；左耦合器(2)与水冷散热铜块左端面的调整距离范围为30～60mm，右耦合器(6)与水冷散热铜块右端面的调整距离范围为30～60mm。

8、根据权利要求1或3所述的激光二极管泵浦腔内倍频固体激光器，其特征在于，双色膜输出耦合凹面镜(8)与双色膜反射凹面镜(11)的距离调整范围为80～150mm，双色膜输出耦合凹面镜(8)距离温控炉(9)左端面的距离允许调节范围为20～60mm。