專利名稱：全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種全固態(tài)高功率多腔組合腔內(nèi)倍頻單 向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器設(shè)計(jì)方案 背景技術(shù)自上世紀(jì)60年代第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世以來(lái)，各類激光器及激光技術(shù) 發(fā)展極為迅速，特別是高功率全固態(tài)固體激光器的發(fā)展尤為令人矚目，以其輸 出能量大、峰值功率高、比C02氣體激光器波長(zhǎng)短、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長(zhǎng)等 優(yōu)點(diǎn)而在激光材料加工、光存儲(chǔ)、激光全色顯示、激光醫(yī)學(xué)、科研、通訊、國(guó) 防、娛樂(lè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，多棒串接技術(shù)是提高全固態(tài)激光器輸 出功率的主要方法，但該類激光器有幾方面重要的缺陷，嚴(yán)重影響了激光輸出 功率的提高。 一方面，多棒進(jìn)行串接，使諧振腔的腔長(zhǎng)明顯增大，易使腔失諧， 同時(shí)基頻光要在多個(gè)棒中間來(lái)回振蕩，增大了損耗，且腔內(nèi)光子數(shù)密度過(guò)高， 極易導(dǎo)致激光棒的損傷；另一方面，采用多棒串接技術(shù)，熱致雙折射效應(yīng)和熱 透鏡效應(yīng)均非常嚴(yán)重，限制了泵浦源電流的提高，同時(shí)也使整個(gè)腔型變得不匹 配，限制了其光-光轉(zhuǎn)換效率嚴(yán)重影響了輸出功率的進(jìn)一步提高，不利于其產(chǎn) 業(yè)化。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、光 束質(zhì)量好、運(yùn)轉(zhuǎn)成本低、調(diào)節(jié)方便、多次光束單向重疊輸出的全固態(tài)多腔組合 腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的光-光轉(zhuǎn)換效率低、熱透鏡效應(yīng)不明顯、激光輸出功率不穩(wěn)定、光束質(zhì)量差等缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解 決的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，包括一個(gè)二 維調(diào)整架，其特殊之處在于由一個(gè)水平直線型子腔和至少兩個(gè)獨(dú)立的倒L型子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，所述水平直線型子腔包括一個(gè)入射平凹全反射 端鏡，入射凹面全反射端鏡的水平光路上依次置有的聲光調(diào)Q晶體、激光晶體、 LD側(cè)面泵浦源、二次諧波鏡、具有抗灰跡特性的晶體、平面輸出鏡與二維調(diào)整 架固定連接；所述獨(dú)立的倒L型子腔包括水平方向依次置有基頻光全反鏡、具有抗灰跡特性的晶體、平面輸出鏡，在基頻光全反鏡的垂直方向下側(cè)依次置有激光晶體、LD側(cè)面泵浦源、聲光調(diào)Q晶體平凹全反射端鏡與二維調(diào)整架固定連 接。一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，其特殊之 處在于至少由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的獨(dú)立的倒L型子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，直線型子腔的入射平凹全反射端鏡的垂直光路上依次置有聲光調(diào)Q晶體、 激光晶體、LD側(cè)面泵浦源、二次諧波鏡，二次諧波鏡的光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° ， 在二次諧波鏡與倍頻晶體的光路匯聚處添加一個(gè)45°反射鏡反射的光通過(guò)水 平安裝的倍頻晶體、平面輸出鏡輸出第至第n個(gè)倒L型子腔的45。反射鏡，所 有倒L型子腔的二次倍頻均通過(guò)二次諧波反射鏡。至少由兩個(gè)獨(dú)立子腔構(gòu)成，這種腔的特點(diǎn)在于每個(gè)子腔彼此獨(dú)立，每個(gè)子 腔的LD側(cè)面泵浦Nd: YAG晶體棒所輻射的1064nm基頻光獨(dú)立震蕩，互不干擾， 與傳統(tǒng)的雙棒串接腔相比避免了兩個(gè)Nd:YAG晶體棒共同放置于一個(gè)腔內(nèi)而導(dǎo) 致的強(qiáng)烈熱透鏡效應(yīng)。因此在諧振腔設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)泵浦功率及激光晶體熱 焦距的變化范圍，利用高斯光束變換的ABCD定律和高斯光束在腔內(nèi)的自再現(xiàn) 條件，通過(guò)值分析和計(jì)算，合理地選擇、優(yōu)化諧振腔參數(shù)，只要使每個(gè)子腔都 能在寬泵浦功率范圍內(nèi)都能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，則整個(gè)多光路功率耦合腔激光系統(tǒng)在較寬泵浦功率范圍內(nèi)就能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。激光晶體吸收泵浦源提供的能量后，產(chǎn)生受激熒光輻射，輻射的熒光在 激光器諧振腔內(nèi)振蕩放大后形成穩(wěn)定的基頻光，基頻光由平凹反射端鏡經(jīng)聲光 調(diào)Q晶體、激光晶體、二次諧波反射鏡、由倍頻晶體倍頻產(chǎn)生倍頻光，剩余基 頻光經(jīng)平面綠光輸出鏡全反射后再次通過(guò)倍頻晶體又一次產(chǎn)生倍頻光，兩次產(chǎn) 生的倍頻綠光都由平面綠光輸出鏡輸出，剩余的基頻率光返回水平子腔的平凹 全反射端鏡；在水平方向的直線型子諧振腔的綠光總輸出鏡外加入一個(gè)或多個(gè)倒L型子腔，,個(gè)倒L型子腔組成元件都相同，包括平凹全反射端鏡，聲光調(diào) Q晶體、激光晶體及其LD側(cè)面泵浦源、基頻光全反鏡、倍頻晶體和平面綠光輸 出鏡。倒L型子腔內(nèi)的激光晶體吸收泵浦源提供的能量后，產(chǎn)生受激熒光輻射， 輻射的熒光在激光器諧振腔內(nèi)振蕩放大后形成穩(wěn)定的基頻光，基頻光由平凹反 射端鏡經(jīng)聲光調(diào)Q晶體、激光晶體、基頻光全反鏡、由倍頻晶體倍頻產(chǎn)生倍頻 光，剩余基頻光經(jīng)平面綠光輸出鏡全反射后再次通過(guò)倍頻晶體又一次產(chǎn)生倍頻 光，倍頻光經(jīng)過(guò)水平方向直線型子腔的二次諧波鏡，并被其全反射按原路返倒 L型子腔，倒L型子腔兩次產(chǎn)生的倍頻綠光和水平方向的直線型子腔產(chǎn)生的綠 光全部由倒L型子腔的平面綠光輸出鏡引出腔外，倒L型子腔剩余基頻光沿原 路返回其平凹全反射端鏡。在本發(fā)明中，平凹全反射端鏡、平面綠光輸出鏡和二次諧波鏡以及基頻光 全反鏡均安裝在二維調(diào)整架上，且保證各光學(xué)元件及其安裝支架不會(huì)遮擋光 路。其中，二次諧波鏡及基頻光全反鏡的基質(zhì)材料為融熔石英。在本發(fā)明中，基頻率光反射鏡(13)兩面都鍍1064nm高反和532nm增透 的雙色膜，鍍膜夾角選在20。 90°之間，根據(jù)腔型設(shè)計(jì)而定。在本發(fā)明中，泵浦源為型號(hào)相同的半導(dǎo)體激光器泵浦組件，由不同驅(qū)動(dòng)源 控制，每個(gè)泵浦組件中有多組激光二極管陣列并按等間距排列，分別對(duì)稱環(huán)繞 于激光晶體的周圍。在本發(fā)明中，各激光晶體棒采用同一種工作物質(zhì)，具有相同的幾何尺寸和 摻雜濃度，各通光面均鍍有基頻光增透膜并采用循環(huán)水冷卻。在本發(fā)明中，每個(gè)聲光調(diào)Q晶體均放置于激光晶體和平凹全反射端鏡之間， 且每?jī)蓚€(gè)聲光調(diào)Q晶體受同一驅(qū)動(dòng)源控制。在本發(fā)明中，倍頻晶體側(cè)面均勻涂有銀粉并用銦箔包裹后放入水冷散熱銅 塊中，置于平面輸出鏡與二次諧波鏡或基頻光全反鏡與平面輸出鏡之間的振蕩 光腰處。在本發(fā)明中，構(gòu)成諧振腔的平凹全反射端鏡面向聲光Q開(kāi)關(guān)的凹面鍍有對(duì)基頻光和倍頻光全反(反射率都大于99.9%)的雙色膜，另一面不鍍膜；平面 輸出鏡對(duì)著倍頻晶體的一面都鍍有對(duì)基頻光全反(反射率大于99.9%)和對(duì)倍 頻光高透(透過(guò)率大于99.5%)的雙色膜，而另一面鍍對(duì)倍頻光增透膜；二次 諧波鏡一面鍍對(duì)基頻光全透(透過(guò)率大于99.9%)的全透膜，迎著倍頻晶體的 一面鍍對(duì)對(duì)基頻光全透(透過(guò)率大于99.9%)和532nm倍頻光全反(反射率大 于99. 9%)的雙色膜；基頻光全反鏡兩面都鍍對(duì)基頻光全反(反射率大于99. 9%) 和對(duì)倍頻光增透(透過(guò)率大于99.5%)的雙色膜鍍膜，夾角選在20° 90°之 間，根據(jù)腔型設(shè)計(jì)而定。在本發(fā)朋中，平凹全反射端鏡的曲率半徑及諧振腔腔長(zhǎng)的確定，要根據(jù)泵 浦功率的范圍、激光晶體的熱透鏡焦距f,、 f2和倍頻晶體的熱透鏡焦距f3、 f4以及振蕩光束在激光晶體和倍頻晶體上的光斑半徑C^、 "2和CO:,、 0)4等參數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證在整個(gè)泵浦功率變化范圍內(nèi)，隨著激光晶體和倍頻晶體的熱透鏡焦距f,、 f,、 f:i、 f,的變化，每個(gè)子諧振腔都工作在穩(wěn)定區(qū)，同時(shí)保證基頻振蕩光在倍頻晶體處的束腰位置基本不變.。2.由方案1派生出來(lái)的方案2，即系統(tǒng)由多個(gè)倒L型子腔組合而成的腔型 結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)在于在光路中通過(guò)45。反射鏡(6)使得第一個(gè)子腔折疊，后面的 幾個(gè)子腔相同于方案l。而所有子腔的二次倍頻均由諧波反射鏡(5)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)(1) 、將每個(gè)激光晶體棒分別置于單個(gè)獨(dú)立的子腔中，解決了采用雙棒串 接或多棒串接時(shí)熱透鏡效應(yīng)和熱致雙折射效應(yīng)嚴(yán)重的難題，并降低了雙棒串接 在或多棒串接同一腔內(nèi)，光子數(shù)密度過(guò)高而易使激光晶體損傷的風(fēng)險(xiǎn)，該設(shè)計(jì) 尤其有利于對(duì)激光棒較細(xì)，熱透鏡效應(yīng)十分明顯的情形。(2) 、采用具有相同幾何尺寸、相同摻雜濃度的同種激光晶體棒，既可以 有效提高固體激光器的輸出功率，又不會(huì)影響光束的質(zhì)量。(3) 、采用具有相同型號(hào)的半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，其發(fā)射譜線可以和 激活介質(zhì)的吸收譜線很好的吻合，在很大程度上提高了泵浦效率，減小了熱損 耗。(4) 、每個(gè)子腔都采用高效平凹腔結(jié)構(gòu)，以獲得較大的基頻光功率，同時(shí) 加入諧波鏡將基頻光與倍頻光分開(kāi)，減少激光晶體對(duì)倍頻光的吸收，并實(shí)現(xiàn)了 腔內(nèi)雙通倍頻、單向輸出。(5) 、每?jī)蓚€(gè)聲光調(diào)Q晶體由一個(gè)驅(qū)動(dòng)源控制，每個(gè)聲光調(diào)Q晶體中心頻 率為27kHz，調(diào)制頻率在l-100kHz可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)在高功率激光運(yùn)轉(zhuǎn)下聲光所具 有的較高的關(guān)斷能力，增大基波脈沖的峰值功率，減少倍頻晶體的熱效應(yīng)，提高 倍頻效率。(6) 、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的諧振腔結(jié)構(gòu)，保證了在整個(gè)泵浦功率變化范圍內(nèi)， 隨著激光晶體和倍頻晶體的熱透鏡焦距f,、 &、 &、 h的變化，諧振腔都能工 作在穩(wěn)定區(qū)，同時(shí)保證了基頻振蕩光在倍頻晶體處的束腰位置基本不變，有利 于高功率、高質(zhì)量激光的輸出。(7) 、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的激光器件系統(tǒng)中不需要加入任何熱透鏡補(bǔ)償元件和 熱致雙折射元件，每個(gè)子腔中的LD側(cè)面泵浦Nd:YAG晶體棒所輻射的1064nm 基頻光獨(dú)立震蕩，互不干擾，與傳統(tǒng)的雙棒或多棒串接腔相比避，免了多個(gè) Nd:YAG晶體棒共同放置于一個(gè)腔內(nèi)而導(dǎo)致的強(qiáng)烈熱透鏡效應(yīng)。因此可以實(shí)現(xiàn)大功率(200W級(jí))的激光輸出，這是本發(fā)明的一個(gè)最突出優(yōu)點(diǎn)。因此，該激光器 具有輸出功率高、光束質(zhì)量好、倍頻效率高、工業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。(8)、盡管采用了基頻光的多腔獨(dú)立結(jié)構(gòu)，但是腔內(nèi)的倍頻光通過(guò)基頻光 全反鏡和諧波反射鏡的對(duì)倍頻光全透、基頻光全反射的作用實(shí)現(xiàn)了單向重疊輸 出。使得多個(gè)腔內(nèi)倍頻激光器的輸出合為一路。


圖1為本發(fā)明的水平直線型子腔和倒L型子腔組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為多個(gè)倒L型子腔組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本發(fā)明的實(shí)施例。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明參照?qǐng)Dl所示， 一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激 光器，包括一個(gè)二維調(diào)整架，由一個(gè)水平直線型子腔和至少兩個(gè)獨(dú)立的倒L型 子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，所述水平直線型子腔包括一個(gè)入射平凹全反射端鏡1，入射凹面全反射端鏡1的水平光路上依次置有的聲光調(diào)Q晶體2、 激光晶體3、 LD側(cè)面泵浦源4、 二次諧波鏡5、具有抗灰跡特性的晶體7、平面 輸出鏡8與二維調(diào)整架固定連接；所述獨(dú)立的倒L型子腔包括水平方向依次置 有基頻光全反鏡13、具有抗灰跡特性的晶體14、平面輸出鏡15，在基頻光全 反鏡13的垂直方向下側(cè)依次置有激光晶體12、 LD側(cè)面泵浦源11、聲光調(diào)Q 晶體10平凹全反射端鏡9與二維調(diào)整架固定連接。泵浦源4、 11為型號(hào)相同的半導(dǎo)體激光器泵浦組件，每個(gè)泵浦組件由多 個(gè)激光二極管陣列按等間距排列組成，分別對(duì)稱環(huán)繞于激光晶體3、 12的周圍。 激光晶體3、 12選取NcT摻雜濃度均為0. 6%的Nd:YAG晶體，尺寸均為O 4.0x90mm，各同光端面均鍍有1064nm增透膜。倍頻晶體7、 14選用具有抗灰 線特性的HGTR-KTP非線性光學(xué)晶體，I工類臨界相位匹配方式，通光長(zhǎng)度為7mm，兩通光面均鍍有1064nm和532nm雙色增透膜，側(cè)面均勻涂有銀粉并用銦箔包裹 分別置于平面輸出鏡8與二次諧波鏡5之間的1064nm基頻光光腰處以及平面 輸出鏡15與基頻光全反鏡13之間的1064nm基頻光光腰處。激光晶體3、 12 與倍頻晶體7、 14均采用恒溫循環(huán)水冷卻，以增大晶體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，提高晶 體傳熱數(shù)度，降低其熱透鏡效應(yīng)。平凹全反射端鏡l、 9及平面綠光輸出鏡8、 15和二次諧波鏡5基頻光全反鏡13均安裝在二維調(diào)整架上。聲光調(diào)Q晶體2、 10采用同一驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)分別放置于激光晶體3左側(cè)和激光晶體12下側(cè)，使聲 光達(dá)到最佳關(guān)斷狀態(tài)，中心頻率為27kHz，調(diào)制頻率在1-100kHz可調(diào)。構(gòu)成諧振腔的平凹全反射端鏡1、 9凹面面向聲光Q開(kāi)關(guān)2、 10且鍍有對(duì) 1064nm全反(反射率大于99. 9%) 532，全反(反射率大于99.9%)的雙色膜， 另一面不鍍膜；平面輸出鏡8、 15對(duì)著倍頻晶體的一面都鍍有對(duì)基頻光全反(反 射率大于99.9%)和對(duì)倍頻光高透(透過(guò)率大于99.5%)的雙色膜，而另一面 鍍對(duì)倍頻光增透膜；二次諧波鏡5—面鍍對(duì)基頻光全透(透過(guò)率大于99.9%) 的全透膜，迎著倍頻晶體的一面鍍對(duì)基頻光全透(透過(guò)率大于99. 9%)和532nm 倍頻光全反(反射率大于99. 9%)的雙色膜；基頻光全反鏡13兩面都鍍對(duì)基頻 光全反(反射率大于99.9%)和對(duì)倍頻光高透(透過(guò)率大于99.5%)的雙色膜 鍍膜，夾角選在20。 90°之間，根據(jù)腔型設(shè)計(jì)而定。工作過(guò)程N(yùn)d:YAG激光晶體3、 12吸收半導(dǎo)體激光器泵浦源4、 11所提供 的能量后，產(chǎn)生受激熒光輻射，輻射的熒光分別在各自所在的子諧振腔內(nèi)振蕩 放大后形成穩(wěn)定的基頻光，水平方向子腔的基頻光由平凹反射端鏡1經(jīng)聲光調(diào) Q晶體2、激光晶體3、 二次諧波鏡5、然后由HGTR-KTP倍頻晶體7倍頻產(chǎn)生 532nm倍頻光，剩余1064nm基頻光被平面綠光輸出鏡8全反射再次經(jīng)過(guò)倍頻晶 體7，產(chǎn)生綠光由二次諧波鏡5反射，兩次產(chǎn)生的倍頻綠光由平面綠光輸出鏡 8引出腔外，剩余1064nm基頻光則沿原路返回平凹全反射端鏡l。倒L型子腔 的基頻光由平凹反射端鏡9經(jīng)聲光調(diào)Q晶體10、激光晶體12、基頻光全反波鏡13、然后由HGTR-KTP倍頻晶體14倍頻產(chǎn)生532nm倍頻光，剩余1064nm基 頻光被平面綠光輸出鏡15全反射，再次通過(guò)HGTR-KTP倍頻晶體14后，產(chǎn)生 的倍頻光依次經(jīng)過(guò)元件13、 8、 7到達(dá)二次諧波鏡5并被其按原路全反射，倒L 型子腔兩次產(chǎn)生的倍頻綠光與水平方向子腔輸出的綠光全部由平面綠光輸出 鏡15引出腔外，倒L型子腔內(nèi)剩余1064nm基頻光則被基頻光反射鏡13反射 后經(jīng)過(guò)激光晶體12和聲光調(diào)Q晶體10返回平凹全反射端鏡9。圖2所示，一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器， 至少由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的獨(dú)立的倒L型子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，直 線型子腔的入射平凹全反射端鏡的垂直光路上依次置有聲光調(diào)Q晶體、激光晶 體、LD側(cè)面泵浦源、二次諧波鏡，二次諧波鏡的光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° ,在二次 諧波鏡與倍頻晶體的光路匯聚處添加一個(gè)45°反射鏡反射的光通過(guò)水平安裝 的倍頻晶體、平面輸出鏡輸出第至第n個(gè)倒L型子腔的45。反射鏡，所有倒L 型子腔的二次倍頻均通過(guò)二次諧波反射鏡。本發(fā)明圖2為三個(gè)倒L型子腔組合 的激光器，只需要在第一個(gè)倒L型子腔中加入基頻和倍頻光全反射鏡(兩邊鍍 有對(duì)1064nm光和532nm光均全反射的雙色膜，鍍膜夾角選在20。 90°之間， 根據(jù)腔型設(shè)計(jì)而定)，其工作過(guò)程與由水平直線型子腔和多個(gè)倒L型子腔組合 的激光器計(jì)方案相同。對(duì)于三路光以上的組合式功率耦合腔內(nèi)倍頻綠光激光器只需要在前一級(jí) 激光器的綠光輸出鏡后不斷加入倒L型獨(dú)立子腔即可，圖1中放置2個(gè)，圖2 中放置3個(gè)作為示例)。因此我們只敘述三光路組合式功率耦合腔內(nèi)倍頻綠光 激光器時(shí)的情況。當(dāng)三路光以上的組合式功率耦合腔內(nèi)倍頻綠光激光器一起運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)，其中每個(gè)倒L型獨(dú)立子腔的工作原理相同。其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響可以按 三路情況時(shí)類推。只要系統(tǒng)中最后一級(jí)倒L型獨(dú)立子腔中的倍頻晶體的熱負(fù)荷 在其破壞閥值以內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)就可以有效工作。多光路組合激光器系統(tǒng)的總綠光輸出功率等于各個(gè)子腔輸出綠光功率的總和。 實(shí)施例l采用圖l所示的激光器設(shè)計(jì)方案，我們研制成一臺(tái)準(zhǔn)連續(xù)綠光輸出功率為178W的激光器，該激光器由三個(gè)子腔組成，每個(gè)子腔中采用型號(hào)相同的半導(dǎo)體 激光泵浦組件側(cè)面泵浦Nd:YAG晶體棒，每個(gè)半導(dǎo)體泵浦組件的基頻1064nm光 輸出功率為100W總基頻光功率300W。 Nd:YAG棒的尺寸均為05. 0x90腿。利 用具有抗灰線特性的HGTR-KTP作為倍頻晶體(5x5xl5mm3，以色列RAICLO Crystals公司)，采用II類臨界相位匹配方式，并實(shí)施恒溫控制，(恒溫溫度 為22° )，不但減小了倍頻晶體的熱透鏡效應(yīng)，而且在一定程度上補(bǔ)償了因熱 效應(yīng)引發(fā)的倍頻晶體相位失配，提高了倍頻效率。調(diào)Q方式采用聲光調(diào)Q模塊， 中心頻率為27kHz，調(diào)制頻率在1-100kHz可調(diào)，當(dāng)三塊半導(dǎo)體模塊泵浦電流均 為I二22A，重復(fù)頻率為26. 5kHz時(shí)，獲得了 532nm綠光最大平均輸出功率為178W。 整個(gè)過(guò)程中，激光系統(tǒng)都在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1、一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，包括一個(gè)二維調(diào)整架，其特征在于一個(gè)水平直線型子腔和至少兩個(gè)獨(dú)立的倒L型子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，所述水平直線型子腔包括一個(gè)入射平凹全反射端鏡(1)，其入射平凹面全反射端鏡(1)的水平光路上依次置有的聲光調(diào)Q晶體(2)、激光晶體(3)、LD側(cè)面泵浦源(4)、二次諧波鏡(5)、具有抗灰跡特性的晶體(7)、平面輸出鏡(8)與二維調(diào)整架固定連接；所述獨(dú)立的倒L型子腔包括水平方向依次置有基頻光全反鏡(13)、具有抗灰跡特性的晶體(14)、平面輸出鏡(15)，在基頻光全反鏡(13)的垂直方向下側(cè)依次置有激光晶體(12)、LD側(cè)面泵浦源(11)、聲光調(diào)Q晶體(10)、平凹全反射端鏡(9)與二維調(diào)整架固定連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述的LD側(cè)面泵浦源(11、 4)為型號(hào)相同的半導(dǎo)體 激光器泵浦組件由不同驅(qū)動(dòng)源控制，每個(gè)泵浦組件中激光二極管按三角形等間 距排列，分別對(duì)稱環(huán)繞于激光晶體(12、 3)的周圍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述的入射平凹全反射端鏡(1、 9)曲率半徑的確定， 要根據(jù)泵浦功率的范圍、激光晶體(3、 12)的熱透鏡焦距fi、 f2和倍頻晶體(7、 14)的熱透鏡焦距f:,、 G以及振蕩光束在激光晶體(3、 12)和倍頻晶體 (7、 14)上的光斑半徑"，、"2、 co:,、 "4以及腔內(nèi)各光學(xué)元件之間的距離參數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化，以保證整個(gè)泵浦功率變化范圍內(nèi)，同時(shí)隨著激光晶體 (3、 12)和倍頻晶體(7、 14)的熱透鏡焦距f,、 f2、 f:,、 f,的變化，諧振腔都工作在穩(wěn)定區(qū)，同時(shí)保證基頻光束在倍頻晶體(7、 14)處的束腰位置基本不變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述激光晶體(3、 12)采用同一種工作物質(zhì)，具有 相同的幾何尺寸和摻雜濃度，各通光面均鍍有基頻光增透膜并采用循環(huán)水冷 卻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述倍頻晶體(7、 14)側(cè)面均勻涂有銀粉并用銦箔 包裹后放入水冷散熱銅塊中，分別置于二次諧波鏡(5)與平面輸出端鏡(8) 之間以及基頻光全反射鏡(13)、平面輸出端鏡(15)之間的振蕩光腰處。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述聲光調(diào)Q晶體(2、 10)每?jī)蓚€(gè)被一個(gè)驅(qū)動(dòng)源控 制分別放置于激光晶體(3)的左側(cè)和激光晶體(12)的下側(cè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所說(shuō)平面輸出鏡(8)所輸出的綠光經(jīng)過(guò)基頻光全反 鏡(13)后經(jīng)過(guò)倍頻晶體(14)由平面輸出鏡(15)輸出，其鏡面法線方向與 激光晶體(3)輻射的熒光光軸方向一致。
8 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述入射平凹全反射端鏡(1、 9)的凹面面向聲光Q 晶體(2、 10)的開(kāi)關(guān)，且鍍有對(duì)基頻光和對(duì)倍頻綠光的全反膜，另一面不鍍 膜；平面輸出鏡(8、 15)對(duì)著倍頻晶體(14)的一面都鍍有對(duì)基頻光全反和 對(duì)倍頻光高透的雙色膜，而另一面鍍對(duì)倍頻光增透膜；二次諧波鏡(5)兩面 都鍍有對(duì)基頻光全透迎著倍頻晶體的一面對(duì)532nm倍頻光全反射的雙色全反 膜；基頻光全反鏡(13)兩面都鍍有對(duì)基頻光全反對(duì)倍頻光全透的雙色膜，鍍 膜夾角選在20。 90°之間。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù) 綠光激光器，其特征在于所述聲光調(diào)Q晶體中心頻率為25kHz-29kHz，調(diào)制頻率在1-100kHz可調(diào)。
10、 一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，其特征在于至少由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的獨(dú)立的倒L型子腔與二維調(diào)整架固定連接組成，直線型子腔的入射平凹全反射端鏡(1)的垂直光路上依次置有聲光調(diào)Q 晶體(2)、激光晶體(3)、 LD側(cè)面泵浦源(4)、 二次諧波鏡(5)， 二次諧波鏡 (5)的光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。，在二次諧波鏡(5)與倍頻晶體(7)的光路匯聚 處添加一個(gè)45。反射鏡(6)反射的光通過(guò)水平安裝的倍頻晶體(7、 14)、由 平面輸出鏡(8、 15)輸出第至第n個(gè)倒L型子腔的45。反射鏡(13),所有倒 L型子腔的二次倍頻均通過(guò)二次諧波反射鏡(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了激光器，特別是一種全固態(tài)多腔組合腔內(nèi)倍頻單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，由三個(gè)或者三個(gè)以上子腔組成，每個(gè)子腔均采用平-凹腔結(jié)構(gòu)，子腔中采用型號(hào)相同的半導(dǎo)體激光器泵浦組件側(cè)面泵浦Nd:YAG晶體，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬對(duì)每個(gè)子腔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得子腔內(nèi)形成了穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的1064nm基頻光，經(jīng)過(guò)聲光調(diào)Q技術(shù)和倍頻技術(shù)，使每個(gè)子腔都獲得532nm準(zhǔn)連續(xù)綠光，并在幾個(gè)倍頻晶體內(nèi)重疊經(jīng)諧波反射鏡反射，獲得二次倍頻一并輸出。該激光器不需要任何熱透鏡和熱致雙折射補(bǔ)償元件，具有輸出功率大、光束質(zhì)量好、倍頻效率高、穩(wěn)定性好，廣泛用于激光材料加工、光存儲(chǔ)、激光全色顯示、激光醫(yī)學(xué)、科研、通訊、國(guó)防、娛樂(lè)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/11GK101267083SQ20081001759
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者任兆玉, 白晉濤, 森 賈 申請(qǐng)人:西北大學(xué)