CN2927415Y

CN2927415Y - 一种光纤激光器和频产生红光的装置

Info

Publication number: CN2927415Y
Application number: CN 200620079295
Authority: CN
Inventors: 白晋涛
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2016-06-29

Abstract

本实用新型公开了一种光纤激光器和频产生红光的装置，第一基频光波系统与第二基频光波系统平行并排放置，第一基频光波系统和第二基频光波系统后设置和频系统，第一基频光波系统和第二基频光波系统的出射光分别入射和频系统的上端二色镜和下端二色镜上。其结构简单，体积小，功率大，输出稳定且光束质量好。本实用新型结合光纤激光器的优势与成熟的非线性光学技术，可广泛应用于激光显示、激光医疗、激光演示等领域。

Description

一种光纤激光器和频产生红光的装置

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，涉及光纤激光器，特别涉及一种光纤激光器和频产生红光的装置。

背景技术

目前红光激光的产生机制主要有由由氪离子气体激光器产生红光、半导体二极管直接产生红光、由Nd:YVO4/YAG晶体倍频以及红宝石激光器等固体激光器件产生红光、利用掺杂Pr等元素的双包层光纤的上转换实现红光输出。但氪离子气体激光器的体积庞大；半导体二极管的红光输出质量差，且价格较高；固体激光器产生红光主要采用对Nd:YVO4/YAG等激光晶体进行腔内倍频实现红光输出，一般主要采用直腔或V型腔的结构，虽然体积有了一定的压缩，输出光束质量也较好，但由于其具有较强的热效应，限制了其功率的进一步提高，且需要庞大的冷却装置，这样便增加了固体激光器装置结构的复杂性，限制了其体积的进一步压缩；而利用掺杂Pr等稀土元素的双包层光纤的上转换实现红光输出的光纤激光器，虽然具有双包层光纤激光器的一些优点，但由于上转换机理的效率低、稳定性差等固有缺陷限制了其输出功率的进一步提高。因而提供一种结构简单、体积小、输出稳定且光束质量好、功率大的红光激光产生装置具有广阔的应用前景和重要的科学价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种光纤激光器和频产生红光的装置，其结构简单，体积小，功率大，输出稳定且光束质量好。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型的一种光纤激光器和频产生红光的装置，包括，第一基频光波系统与第二基频光波系统平行并排放置，第一基频光波系统和第二基频光波系统后设置和频系统，第一基频光波系统和第二基频光波系统的出射光分别入射和频系统的上端二色镜和下端二色镜上。

所述的第一基频光波系统采用光纤激光器结构，输出波长在1080-1100nm间，其构成包括：第一激光二极管LD泵浦源、第一泵浦输入耦合透镜组、前端双色片、末端双色片、第一双包层光纤和第一输出准直透镜；第一激光二极管LD泵浦源后设置第一泵浦输入耦合透镜组，第一泵浦输入耦合透镜组后设置前端双色片，三者位于同一准直光路，前端双色片与第一双包层光纤的左端粘贴，第一双包层光纤的右端与末端双色片粘贴，末端双色片后设置第一输出准直透镜；

该第一激光二极管LD泵浦源带尾纤输出，中心波长与第一双包层光纤纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第一泵浦输入耦合透镜组采用非球面透镜组或显微镜物镜组；该前端双色片镀对泵浦光高透膜，1080-1100nm间基频波高反膜，末端双色片镀对泵浦光高反膜，1080-1100nm间基频波增透膜；该第一双包层光纤作为激光工作物质，采用Yb掺杂双包层石英光纤；该第一输出准直透镜采用单个非球面透镜。

所述的第二基频光波系统采用光纤激光器结构，输出波长在1550-1560nm间，其构成包括：第二激光二极管LD泵浦源、第二泵浦输入耦合透镜组、第二前端双色片、第二末端双色片、第二双包层光纤和第二输出准直透镜；第二激光二极管LD泵浦源后设置第二泵浦输入耦合透镜组，第二泵浦输入耦合透镜组后设置第二前端双色片，三者位于同一准直光路，第二前端双色片与第二双包层光纤的左端粘贴，第二双包层光纤的右端与第二末端双色片粘贴，第二末端双色片后设置第二输出准直透镜；

该第二激光二极管LD泵浦源带尾纤输出，中心波长与第二双包层光纤纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第二泵浦输入耦合透镜组采用非球面透镜组或显微镜物镜组；该第二前端双色片镀对泵浦光高透膜，1550-1560nm间基频波高反膜，第二末端双色片镀对泵浦光高反膜，1550-1560nm间基频波增透膜；该第二双包层光纤作为激光工作物质，采用Yb-Er共掺的双包层石英光纤；该第二输出准直透镜采用单个非球面透镜。

所述的和频系统，其构成包括：上端二色镜、下端二色镜、聚焦透镜、和频晶体、输出准直透镜和分光棱镜；上端二色镜设置在第一基频光波系统中第一输出准直透镜后，并以45°倾角放置，上端二色镜后依次设置聚焦透镜、和频晶体和输出准直透镜，且四者位于同一准直光路，输出准直透镜后设置分光棱镜，下端二色镜设置在第二基频光波系统中第二输出准直透镜后，并以45°倾角平行放置在上端二色镜的正下方。

该上端二色镜镀对1080-1100nm波段的高透膜，镀对1550-1560nm波段的高反膜；该下端二色镜镀对1550-1560nm波段的高反膜；该聚焦透镜采用一凸透镜；该和频晶体采用周期性极化的磷酸氧钛钾PPKTP或周期性极化的铌酸锂PPLN非线性晶体；该输出准直透镜为单个非球面透镜；该分光棱镜采用石英棱镜。

本实用新型采用光纤激光器作为基频光波产生装置，具有体积小、性能稳定、光束质量好、输出功率高等优势，且所用光纤激光器是目前成熟的Yb掺杂双包层光纤激光器和Yb-Er共掺双包层光纤激光器，其输出光束质量好且已能实现百瓦级以上的高功率输出，为高功率红光激光的产生奠定了基础；另外，目前非线性光学技术发展迅速，且本实用新型所采用的周期性极化的磷酸氧钛钾PPKTP或周期性极化的铌酸锂PPLN非线性和频晶体，其和频效率较高，为高功率红光激光的产生提供了保证。本实用新型有效结合了成熟的光纤激光器与发展迅速的非线性光学技术，为激光显示尤其是激光电视、激光医疗，激光演示等应用领域提供一种体积小、性能稳定、输出功率高的红光激光产生装置。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图；

下面结合附图对本实用新型的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，本实用新型的结构如下：第一基频光波系统1和第二基频光波系统2输出的基频光分别沿上下两平行光路射向和频系统3，沿上端平行光路自左向右依次设置着第一激光二极管LD泵浦源1-1、第一泵浦输入耦合透镜组1-2、前端双色片1-3a，三者处于同一准直光路，前端双色片1-3a与第一双包层光纤1-4的左端粘贴，第一双包层光纤1-4的右端与末端双色片1-3b粘贴，末端双色片1-3b后设置第一输出准直透镜1-5，第一输出准直透镜1-5后设置上端二色镜3-1，末端双色片1-3b、第一输出准直透镜1-5和上端二色镜3-1位于同一准直光路；沿下端平行光路自左向右依次设置着第二激光二极管LD泵浦源2-1、第二泵浦输入耦合透镜组2-2、第二前端双色片2-3a，三者处于同一准直光路，第二前端双色片2-3a与第二双包层光纤2-4的左端粘贴，第二双包层光纤2-4的右端与第二末端双色片2-3b粘贴，第二末端双色片2-3b后设置第二输出准直透镜2-5，第二输出准直透镜2-5后设置下端二色镜3-2，第二末端双色片2-3b、第二输出准直透镜2-5和下端二色镜3-2位于同一准直光路；下端二色镜3-2以45°倾角平行放置于上端二色镜3-1的正下方，将下端光路垂直反射到上端二色镜3-1的中心，经过上端二色镜3-1的再次垂直反射与上端光路进行合束，上端二色镜3-1以45°倾角平行放置于下端二色镜3-2正上方，其前端设置第一输出准直透镜1-5，其后端依次设置聚焦透镜3-3、和频晶体3-4和输出准直透镜3-5，且五者位于同一准直光路，输出准直透镜3-5后设置分光棱镜3-6。

具体工作过程：第一基频光波系统1中，第一激光二极管LD泵浦源1-1产生的泵浦光通过第一泵浦输入耦合透镜组1-2耦合聚焦到端面粘贴有双色片的第一双包层光纤1-4内包层中，激发该双包层光纤，并在由前端双色片1-3a、第一双包层光纤1-4和末端双色片1-3b所构成的F-P腔内形成中心波长为1100nm的高功率基频光振荡，最后经末端双色片1-3b输出该基频光；同理，第二基频光波系统2中第二激光二极管LD泵浦源2-1产生的泵浦光通过第二泵浦输入耦合透镜组2-2耦合聚焦到端面贴有双色片的第二双包层光纤2-4的内包层中，激发该双包层光纤，并在由第二前端双色片2-3a、第二双包层光纤2-4与第二末端双色片2-3b所构成的F-P腔中形成中心波长为1560nm的高功率基频光振荡，最后经第二末端双色片2-3b输出该波段的基频光；第一基频光波系统1和第二基频光波系统2的输出光束分别射向和频系统3的上端二色镜3-1和下端二色镜3-2，经过上端二色镜3-1对第一基频光波系统1输出的1100nm基频光的透射作用及下端二色镜3-2、上端二色镜3-1对第二基频光波系统2输出的1560nm基频光的垂直反射作用后在上端二色镜3-1处实现两基频光的光束合成，该合成光束包括1100nm和1560nm两个波段，经聚焦透镜3-3的耦合聚焦作用耦合到和频晶体3-4中，利用和频晶体的非线性效应实现和频，产生中心波长在645nm的红光激光，最后经输出准直透镜3-5准直后入射到分光棱镜3-6，实现与基频激光的分离，得到645nm的红光激光输出。

所述的第一基频光波系统1采用光纤激光器结构，输出中心波长为1100nm，其构成包括：第一激光二极管LD泵浦源1-1、第一泵浦输入耦合透镜组1-2、前端双色片1-3a、末端双色片1-3b、第一双包层光纤1-4和第一输出准直透镜1-5；该第一激光二极管LD泵浦源1-1带尾纤输出，输出光斑为800um，数值孔径为0.22，最大输出功率为35W，中心波长在975nm，与第一双包层光纤1-4纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第一泵浦输入耦合透镜组1-2采用非球面透镜组；该前端双色片1-3a镀对975nm高透膜(透过率＞99％)，1100nm高反膜(反射率＞98％)，末端双色片1-3b镀对975nm高反膜(反射率＞99％)，1100nm增透膜(透过率＝90％)；该第一双包层光纤1-4作为激光工作物质，采用Yb掺杂D形双包层石英光纤，内包层尺寸为350/400um，数值孔径为0.46，纤芯直径为25um，数值孔径为0.12，掺杂浓度为6000PPM，长度为20m，该第一输出准直透镜1-5为单个非球面透镜。

所述的第二基频光波系统2采用光纤激光器结构，输出中心波长为1560nm，其构成包括：第二激光二极管LD泵浦源2-1、第二泵浦输入耦合透镜组2-2、第二前端双色片2-3a、第二末端双色片2-3b、第二双包层光纤2-4和第二输出准直透镜2-5；该第二激光二极管LD泵浦源2-1带尾纤输出，输出光斑为800um，数值孔径为0.22，最大输出功率为25W，中心波长在975nm，与第二双包层光纤2-4纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第二泵浦输入耦合透镜组2-2采用非球面透镜组；该第二前端双色片2-3a镀对975nm高透膜(透过率＞99％)，1560nm高反膜(反射率＞98％)，第二末端双色片2-3b镀对975nm高反膜(反射率＞99％)，1560nm增透膜(透过率＝90％)；该第二双包层光纤2-4作为激光工作物质，采用Yb-Er共掺的D形双包层石英光纤，内包层尺寸为350/400um，数值孔径为0.48，纤芯直径为25um，数值孔径为0.18，长度为20m，Yb离子作为敏化离子，吸收泵浦辐射，并通过能量转移激发Er离子，该第二输出准直透镜2-5为单个非球面透镜。

所述的和频系统3，其构成包括：上端二色镜3-1、下端二色镜3-2、聚焦透镜3-3、和频晶体3-4、输出准直透镜3-5和分光棱镜3-6；该上端二色镜3-1呈45°倾角放置，镀对1100nm高透膜(透射率＞99.8％)，1560nm高反膜(反射率＞99.9％)；该下端二色镜3-2呈45°倾角放置，镀对1560nm高反膜(反射率＞99.9％)；该聚焦透镜3-3采用一凸透镜；该和频晶体3-4采用周期性极化的磷酸氧钛钾PPKTP非线性晶体；该输出准直透镜3-5为单个非球透镜；该分光棱镜3-6采用石英棱镜，将和频的红光与基频激光分离。

本实例的光纤激光器和频产生红光的装置可输出数瓦级以上的高功率红光激光，且效率较高，光束质量好，体积小，是理想的红光激光源。

Claims

1、一种光纤激光器和频产生红光的装置，包括第一基频光波系统(1)，其特征在于，第一基频光波系统(1)与第二基频光波系统(2)平行并排放置，第一基频光波系统(1)和第二基频光波系统(2)后设置和频系统(3)，第一基频光波系统(1)和第二基频光波系统(2)的出射光分别入射和频系统(3)的上端二色镜(3-1)和下端二色镜(3-2)上。

2、根据权利要求1所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，所述的第一基频光波系统(1)包括，第一激光二极管LD泵浦源(1-1)、第一泵浦输入耦合透镜组(1-2)、前端双色片(1-3a)、末端双色片(1-3b)、第一双包层光纤(1-4)和第一输出准直透镜(1-5)；第一激光二极管LD泵浦源(1-1)后设置第一泵浦输入耦合透镜组(1-2)，第一泵浦输入耦合透镜组(1-2)后设置前端双色片(1-3a)，三者位于同一准直光路，前端双色片(1-3a)与第一双包层光纤(1-4)的左端粘贴，第一双包层光纤(1-4)的右端与末端双色片(1-3b)粘贴，末端双色片(1-3b)后设置第一输出准直透镜(1-5)。

3、根据权利要求2所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，第一激光二极管LD泵浦源(1-1)带尾纤输出，中心波长与第一双包层光纤(1-4)纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第一泵浦输入耦合透镜组(1-2)采用非球面透镜组或显微镜物镜组；该前端双色片(1-3a)镀对泵浦光高透膜，1080-1100nm间基频波高反膜，末端双色片(1-3b)镀对泵浦光高反膜，1080-1100nm间基频波增透膜；该第一双包层光纤(1-4)采用Yb掺杂双包层石英光纤；该第一输出准直透镜(1-5)采用单个非球面透镜。

4、根据权利要求1所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，所述的第二基频光波系统(2)包括，第二激光二极管(LD)泵浦源(2-1)、第二泵浦输入耦合透镜组(2-2)、第二前端双色片(2-3a)、第二末端双色片(2-3b)、第二双包层光纤(2-4)和第二输出准直透镜(2-5)；第二激光二极管LD泵浦源(2-1)后设置第二泵浦输入耦合透镜组(2-2)，第二泵浦输入耦合透镜组(2-2)后设置第二前端双色片(2-3a)，三者位于同一准直光路，第二前端双色片(2-3a)与第二双包层光纤(2-4)的左端粘贴，第二双包层光纤(2-4)的右端与第二末端双色片(2-3b)粘贴，第二末端双色片(2-3b)后设置第二输出准直透镜(2-5)。

5、根据权利要求4所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，第二激光二极管LD泵浦源(2-1)带尾纤输出，中心波长与第二双包层光纤(2-4)纤芯材料的峰值吸收波长相匹配；该第二泵浦输入耦合透镜组(2-2)采用非球面透镜组或显微镜物镜组；该第二前端双色片(2-3a)镀对泵浦光高透膜，1550-1560nm间基频波高反膜，第二末端双色片(2-3b)镀对泵浦光高反膜，1550-1560nm间基频波增透膜；该第二双包层光纤(2-4)采用Yb-Er共掺的双包层石英光纤；该第二输出准直透镜(2-5)采用单个非球面透镜。

6、根据权利要求1所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，所述的和频系统(3)构成包括：上端二色镜(3-1)、下端二色镜(3-2)、聚焦透镜(3-3)、和频晶体(3-4)、输出准直透镜(3-5)和分光棱镜(3-6)；上端二色镜(3-1)设置在第一基频光波系统(1)中第一输出准直透镜(1-5)后，并以45°倾角放置，上端二色镜(3-1)后依次设置聚焦透镜(3-3)、和频晶体(3-4)和输出准直透镜(3-5)，且四者位于同一准直光路，输出准直透镜(3-5)后设置分光棱镜(3-6)，下端二色镜(3-2)设置在第二基频光波系统(2)中第二输出准直透镜(2-5)后，并以45°倾角平行放置在上端二色镜(3-1)的正下方。

7、根据权利要求6所述的一种光纤激光器和频产生红光的装置，其特征在于，上端二色镜(3-1)镀对1080-1100nm波段的高透膜，镀对1550-1560nm波段的高反膜；该下端二色镜(3-2)镀对1550-1560nm波段的高反膜；该聚焦透镜(3-3)采用一凸透镜；该和频晶体(3-4)采用周期性极化的磷酸氧钛钾PPKTP或周期性极化的铌酸锂PPLN非线性晶体；该输出准直透镜(3-5)为单个非球面透镜；该分光棱镜(3-6)采用石英棱镜。