一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，激光二極管泵浦源發(fā)出增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，通過(guò)傳能光纖和耦合透鏡組聚焦于增益介質(zhì)內(nèi)部，增益介質(zhì)吸收泵浦光形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔共用反射鏡和激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔反饋?zhàn)饔孟滦纬苫l激光振蕩；基頻激光經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生拉曼增益，當(dāng)拉曼增益大于諧振腔共用反射鏡、分束鏡和黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，在拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波經(jīng)過(guò)黃光輸出鏡輸出。采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，能夠大幅縮短基頻激光諧振腔長(zhǎng)度，從而有效增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，應(yīng)用更高的泵浦功率，達(dá)到提升自拉曼黃光激光器輸出功率的效果。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]受激拉曼散射(SRS)是拓展激光相干輻射波長(zhǎng)范圍的重要非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)之一，特別是以最容易獲得的波長(zhǎng)1064nm附近的激光經(jīng)拉曼頻移后進(jìn)行倍頻，能夠高效地產(chǎn)生用途廣泛的580-590nm黃光波段激光輸出。釩酸釔和釩酸釓等高性能激光增益介質(zhì)基質(zhì)具有很高的拉曼增益系數(shù)，因而可以實(shí)現(xiàn)一塊晶體同時(shí)作為激光增益介質(zhì)和拉曼增益介質(zhì)的自拉曼激光器。自拉曼激光器作為拉曼激光器的一種特殊形式，由于無(wú)需單獨(dú)的拉曼增益介質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，自2004年首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)以來(lái)，得到了迅速發(fā)展；自拉曼黃光激光器相關(guān)的研究成果也有很多文獻(xiàn)報(bào)道和專利授權(quán)。
[0003]對(duì)于自拉曼激光器來(lái)說(shuō)，基頻激光諧振腔的穩(wěn)區(qū)，也即諧振腔允許的熱透鏡焦距范圍，決定了所能應(yīng)用的最高泵浦功率；自拉曼激光器激光發(fā)射和SRS過(guò)程在同一晶體中發(fā)生，晶體內(nèi)的熱效應(yīng)遠(yuǎn)比一般激光器嚴(yán)重，高泵浦功率下，嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)使得諧振腔不能工作在穩(wěn)區(qū)之內(nèi)，泵浦功率受限已經(jīng)成為其輸出功率進(jìn)一步提升的最主要障礙，參見文獻(xiàn) “H.Y.Zhu et al., Efficient second harmonic generation of doubleend diffusion-bonded Nd: YVO4SeIf-Raman laser producing?.9W yellow light,Opt.Express2009, 17，21544”。目前見諸報(bào)道的自拉曼黃光激光器多采用基頻激光與受激拉曼散射產(chǎn)生的斯托克斯光共用一個(gè)諧振腔的直腔結(jié)構(gòu)，這種諧振腔結(jié)構(gòu)存在明顯的問題:由于腔內(nèi)光學(xué)元件較多，一般包括增益介質(zhì)、Q開關(guān)、倍頻晶體、諧波片等[見專利授權(quán)200820024640.6，耦合腔自拉曼倍頻全固體黃光激光器，從振華等]，諧振腔的長(zhǎng)度難以做到很短，很難通過(guò)壓縮諧振腔長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，繼續(xù)提高輸入泵浦功率的目的；同時(shí)，SRS屬于三階非線性效應(yīng)，其增益相對(duì)較低，因而轉(zhuǎn)換效率對(duì)損耗極其敏感，SRS的斯托克斯光諧振腔內(nèi)過(guò)多光學(xué)元件帶來(lái)的插損對(duì)自拉曼激光器的轉(zhuǎn)換效率也非常不利；另外，由于晶體中熱透鏡并非理想透鏡，其對(duì)基頻激光和斯托克斯光傳輸?shù)挠绊懲煌耆嗤瑢?dǎo)致諧振腔的準(zhǔn)直很難使基頻激光和斯托克斯光同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)，也影響了自拉曼激光器的轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，本發(fā)明解決了現(xiàn)有自拉曼黃光激光器泵浦功率受熱效應(yīng)和諧振腔穩(wěn)區(qū)的限制，以及斯托克斯光諧振腔內(nèi)元件多插損大的問題，詳見下文描述:
[0005]一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，所述自拉曼黃光激光器包括:激光二極管泵浦源、傳能光纖、耦合透鏡組、諧振腔共用反射鏡、增益介質(zhì)、分束鏡、激光全反鏡、倍頻晶體、黃光諧波鏡和黃光輸出鏡；
[0006]其中，所述諧振腔共用反射鏡為平鏡，鍍有泵浦光增透膜、基頻激光和斯托克斯光高反膜；所述增益介質(zhì)鍍基頻激光和斯托克斯光增透膜；所述分束鏡單面鍍斯托克斯光高反膜，雙面鍍基頻激光增透膜；所述激光全反鏡鍍基頻激光高反膜；所述倍頻晶體鍍斯托克斯光和黃光二次諧波增透膜；所述黃光諧波鏡鍍斯托克斯光增透、黃光二次諧波高反膜；所述黃光輸出鏡鍍斯托克斯光高反、黃光二次諧波增透膜；
[0007]所述激光二極管泵浦源發(fā)出所述增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光通過(guò)所述傳能光纖和所述耦合透鏡組聚焦于所述增益介質(zhì)內(nèi)部，所述增益介質(zhì)吸收所述泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在所述諧振腔共用反射鏡和所述激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔正反饋?zhàn)饔孟滦纬苫l激光振蕩；基頻激光經(jīng)過(guò)所述增益介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生拉曼增益，基頻激光的強(qiáng)度隨著泵浦功率的增加而升高，拉曼增益也隨之升高，當(dāng)拉曼增益大于所述諧振腔共用反射鏡、所述分束鏡和所述黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，發(fā)生受激拉曼散射，在所述拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在所述倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波，所述黃光二次諧波經(jīng)過(guò)所述黃光輸出鏡輸出。
[0008]所述自拉曼黃光激光器還包括:聲光Q開關(guān)，所述聲光Q開關(guān)雙面鍍基頻激光增透膜，通過(guò)所述聲光Q開關(guān)使所述基頻激光實(shí)現(xiàn)脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0009]所述黃光諧波鏡用于收集反向傳輸?shù)狞S光二次諧波。
[0010]所述增益介質(zhì)具體為:Nd:YVO4、NchGdVO4 或 Nd:LuV04。
[0011]所述倍頻晶體具體為:LBO晶體、BBO晶體或PPLN晶體。
[0012]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，在保留自拉曼激光器僅用一 塊增益介質(zhì)因而經(jīng)濟(jì)緊湊這一主要優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，將基頻激光諧振腔與拉曼諧振腔部分分離而不再完全重合，基頻激光諧振腔內(nèi)不再包含倍頻晶體和黃光諧波鏡，一方面減小諧振腔的插入損耗，另一方面能夠大幅縮短基頻激光諧振腔的長(zhǎng)度，從而有效增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，應(yīng)用更高的泵浦功率，達(dá)到提高自拉曼黃光激光器輸出功率的有益效果；此外，基頻激光諧振腔和拉曼諧振腔的準(zhǔn)直可以分別進(jìn)行優(yōu)化，克服了不均勻的熱透鏡導(dǎo)致基頻激光光束和斯托克斯光光束分離，影響轉(zhuǎn)換效率的問題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0015]1:激光二極管泵浦源；2:傳能光纖；
[0016]3:耦合透鏡組；4:諧振腔共用反射鏡；
[0017]5:增益介質(zhì)；6:分束鏡；
[0018]7:聲光Q開關(guān)8:激光全反鏡；
[0019]9:倍頻晶體；10:黃光諧波鏡；
[0020]11:黃光輸出鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0022]為了解決現(xiàn)有自拉曼黃光激光器泵浦功率受熱效應(yīng)和諧振腔穩(wěn)區(qū)的限制，以及斯托克斯光諧振腔內(nèi)元件多插損大的問題，提高自拉曼黃光激光器的性能，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，參見圖1，詳見下文描述:一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，包括:激光二極管泵浦源1、傳能光纖2、耦合透鏡組3、諧振腔共用反射鏡
4、增益介質(zhì)5、分束鏡6、聲光Q開關(guān)7、激光全反鏡8、倍頻晶體9、黃光諧波鏡10和黃光輸出鏡11，
[0023]其中，增益介質(zhì)5選用a切割Nd = YVO4晶體，其基頻激光波長(zhǎng)為1064nm，對(duì)應(yīng)890cm—1拉曼譜線的一階斯托克斯光波長(zhǎng)為1176nm，晶體規(guī)格為3X3X15 mm3，摻雜濃度
0.3%，兩端鍍有800-1200nm增透膜系；諧振腔共用反射鏡4為平鏡，鍍1064nm和1176nm高反膜以及泵浦光波段增透膜系；分束鏡6為平鏡，鍍1064nm高透，1176nm高反膜系；聲光Q開關(guān)7鍍1064nm增透膜系，驅(qū)動(dòng)超聲波頻率80MHz，射頻功率15W ;激光全反鏡8鍍1064nm高反膜系；倍頻晶體9選用三硼酸鋰(LBO)晶體，晶體規(guī)格為3X3X15 mm3，采用Θ =90°、(P=0°b刀割非臨界相位匹配，用帕爾貼片(TEC)加溫至41.5°C工作；黃光諧波鏡10鍍1176nm高透、588nm高反膜系；黃光輸出鏡11鍍1176nm高反、588nm高透膜系；
[0024]激光二極管泵浦源I發(fā)射增益介質(zhì)5吸收帶內(nèi)的泵浦光，經(jīng)過(guò)傳能光纖2輸出，經(jīng)耦合透鏡組3聚焦后透過(guò)諧振腔共用反射鏡4進(jìn)入增益介質(zhì)5，即NchYVO4晶體內(nèi)部；在泵浦作用下NchYVO4晶體形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益，在諧振腔共用反射鏡4和激光全反鏡8構(gòu)成的基頻激光諧振腔提供的反饋?zhàn)饔孟滦纬刹ㄩL(zhǎng)為1064nm的基頻激光振蕩；腔內(nèi)的1064nm基頻激光經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)5，即NchYVO4晶體時(shí)，產(chǎn)生拉曼增益；諧振腔共用反射鏡4、分束鏡6以及黃光輸出鏡11構(gòu)成自拉曼激光器的1176nm斯托克斯光諧振腔，當(dāng)拉曼增益超過(guò)諧振腔損耗后，在諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；1176nm斯托克斯光在倍頻晶體9中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生588nm黃光經(jīng)過(guò)黃光輸出鏡11輸出；聲光Q開關(guān)7起到使1064nm基頻激光脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)，以提高其峰值功率進(jìn)而提高受激拉曼散射以及倍頻過(guò)程非線性增益的作用；黃光諧波鏡10起到收集反向傳輸?shù)?88nm黃光，提高黃光輸出功率的作用。
[0025]其中，增益介質(zhì)5可以為Nd: YVO4，也可以選用Nd:GdVO4、Nd:LuVO4等其它可用做自拉曼增益介質(zhì)的摻釹釩酸鹽晶體，分別對(duì)應(yīng)不同的基頻激光和斯托克斯光波長(zhǎng)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0026]其中，倍頻晶體9可以為L(zhǎng)BO晶體，也可以為偏硼酸鋇(BBO)、周期極化鈮酸鋰(PPLN)等其他常用非線性晶體，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。
[0027]綜上，本發(fā)明的目的在于解決熱透鏡效應(yīng)限制自拉曼激光器的最高泵浦功率，阻礙其輸出功率提升的問題。通過(guò)采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，自拉曼激光器的基頻激光與斯托克斯光不再完全共用同一諧振腔，倍頻晶體等元件不再置于基頻激光諧振腔內(nèi)，從而能夠有效縮短基頻激光諧振腔長(zhǎng)度，起到增大穩(wěn)區(qū)、提高最大泵浦功率的有益效果；同時(shí)基頻激光諧振腔和斯托克斯光諧振腔可以分別優(yōu)化準(zhǔn)直，有助于提高激光器的轉(zhuǎn)換效率。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述自拉曼黃光激光器包括:激光二極管泵浦源、傳能光纖、耦合透鏡組、諧振腔共用反射鏡、增益介質(zhì)、分束鏡、激光全反鏡、倍頻晶體、黃光諧波鏡和黃光輸出鏡； 其中，所述諧振腔共用反射鏡為平鏡，鍍有泵浦光增透膜、基頻激光和斯托克斯光高反膜；所述增益介質(zhì)鍍基頻激光和斯托克斯光增透膜；所述分束鏡單面鍍斯托克斯光高反膜，雙面鍍基頻激光增透膜；所述激光全反鏡鍍基頻激光高反膜；所述倍頻晶體鍍斯托克斯光和黃光二次諧波增透膜；所述黃光諧波鏡鍍斯托克斯光增透、黃光二次諧波高反膜；所述黃光輸出鏡鍍斯托克斯光高反、黃光二次諧波增透膜； 所述激光二極管泵浦源發(fā)出所述增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光通過(guò)所述傳能光纖和所述耦合透鏡組聚焦于所述增益介質(zhì)內(nèi)部，所述增益介質(zhì)吸收所述泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在所述諧振腔共用反射鏡和所述激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔正反饋?zhàn)饔孟滦纬苫l激光振蕩；基頻激光經(jīng)過(guò)所述增益介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生拉曼增益，基頻激光的強(qiáng)度隨著泵浦功率的增加而升高，拉曼增益也隨之升高，當(dāng)拉曼增益大于所述諧振腔共用反射鏡、所述分束鏡和所述黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，發(fā)生受激拉曼散射，在所述拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在所述倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波，所述黃光二次諧波經(jīng)過(guò)所述黃光輸出鏡輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述自拉曼黃光激光器還包括:聲光Q開關(guān)， 所述聲光Q開關(guān)雙面鍍基頻激光增透膜，通過(guò)所述聲光Q開關(guān)使所述基頻激光實(shí)現(xiàn)脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述黃光諧波鏡用于收集反向傳輸?shù)狞S光二次諧波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述增益介質(zhì)具體為=Nd: YVO4, Nd: GdVO4 或 Nd: LuV04。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述倍頻晶體具體為:LB0晶體、BBO晶體或PPLN晶體。
【文檔編號(hào)】H01S3/109GK103996968SQ201410227631
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】盛泉, 丁欣, 李斌, 范琛, 張巍, 姜鵬波, 劉簡(jiǎn), 趙岑, 史偉, 姚建銓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)