專(zhuān)利名稱(chēng)：雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光泵浦全固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)單向端面泵浦腔內(nèi)倍頻諧振腔和雙向泵浦的單增益介質(zhì)折疊倍頻諧振腔的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光作為泵浦光源從端面聚焦或近貼入射耦合到激光增益介質(zhì)中，可以與腔內(nèi)激發(fā)的基頻光模式很好的匹配，具有高的轉(zhuǎn)換效率和好的光束質(zhì)量。圖1是一般單向端面泵浦腔內(nèi)倍頻諧振腔的主要工作方式。在圖1中有半導(dǎo)體激光器1、光學(xué)耦合系統(tǒng)2、反射鏡3、增益介質(zhì)4、輸出耦合鏡5、倍頻晶體6，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束經(jīng)光學(xué)耦合系統(tǒng)聚焦到增益介質(zhì)內(nèi)，增益介質(zhì)的左平面與輸出耦合鏡的凹面組成諧振腔，腔內(nèi)傳播的基頻光通過(guò)倍頻晶體時(shí)，轉(zhuǎn)換為倍頻光，并通過(guò)輸出耦合鏡輸出。該諧振腔的長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)得很短，具有裝調(diào)和固定容易、體積緊湊、可靠性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于全固體倍頻激光器的產(chǎn)品中。這類(lèi)端面泵浦諧振腔的主要缺點(diǎn)是只能從單方向泵浦，耦合到激光增益介質(zhì)內(nèi)的泵浦功率不能過(guò)高。
圖2是雙向泵浦的單增益介質(zhì)折疊倍頻諧振腔。該諧振腔由半導(dǎo)體激光器1和10，光學(xué)耦合系統(tǒng)2和9，反射鏡3，增益介質(zhì)4，輸出耦合鏡5，倍頻晶體6和反射腔鏡8組成。這種諧振腔的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)增加泵浦光源，獲得比單方向泵浦激光器大的耦合功率。
本實(shí)用新型的目的是解決單方向端面泵浦諧振腔結(jié)構(gòu)使功率低和折疊腔結(jié)構(gòu)帶來(lái)的諧振腔穩(wěn)定性差、增加了諧振腔的總長(zhǎng)度與復(fù)雜性以及諧振腔的裝調(diào)和固定困難等問(wèn)題，提出了一種雙向端而泵浦的腔內(nèi)倍頻激光諧振腔。
發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容本實(shí)用新型如圖3所示，由泵浦光源1和10，光學(xué)耦合部件2和9，腔鏡3和8，激光增益介質(zhì)4和7，倍頻晶體6，輸出耦合反射鏡5組成，它們通過(guò)支架11固定在底座12上，在泵浦光源1和10之間置有光學(xué)耦合部件2和9，保證泵浦光源1和10發(fā)出的泵浦光耦合聚焦到激光增益介質(zhì)4和7內(nèi)，在光學(xué)耦合部件2和9之間置有腔鏡3和8，由腔鏡3和8組成諧振腔，在腔鏡3和8之間置有激光增益介質(zhì)4和7，激光增益介質(zhì)4和7之間置有輸出耦合反射鏡5和倍頻晶體6，放置輸出耦合反射鏡5使其表面法線與腔鏡3和8的表面法線成一定角度，以保證增益介質(zhì)4和7的基頻激光通過(guò)倍頻晶體6產(chǎn)生的倍頻光輸出到諧振腔腔外。
本實(shí)用新型工作時(shí)由泵浦光源1和10發(fā)出泵浦光，被光學(xué)耦合部件2和9分別耦合聚焦到激光增益介質(zhì)4和7內(nèi)；當(dāng)泵浦光源1和10發(fā)出泵浦光的功率超過(guò)諧振腔的閾值功率時(shí)，激光增益介質(zhì)4和7產(chǎn)生基頻激光并在腔鏡3和8之間傳播；當(dāng)基頻光束通過(guò)倍頻晶體6時(shí)，產(chǎn)生沿基頻光方向傳播的倍頻光；當(dāng)倍頻光通過(guò)輸出耦合反射鏡5時(shí)，倍頻光被輸出耦合反射鏡5反射輸出到雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔腔外。
本實(shí)用新型提供的雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔采用了兩套泵浦系統(tǒng)，使得一臺(tái)激光器獲得了兩臺(tái)激光器的泵浦功率，從而獲得了較高的倍頻光輸出功率，同時(shí)保持了原單向泵浦諧振腔的可靠性、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了直腔結(jié)構(gòu)減少了諧振腔的總長(zhǎng)度和復(fù)雜性，使得諧振腔的穩(wěn)定性提高、裝調(diào)和固定容易，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)即增加了耦合泵浦功率，又保持了背景技術(shù)單向端面泵浦諧振腔的優(yōu)點(diǎn)，適用于半導(dǎo)體激光泵浦全固體激光器。


圖1是背景技術(shù)單向端面泵浦腔內(nèi)倍頻諧振腔結(jié)構(gòu)圖圖2是背景技術(shù)雙向泵浦的單增益介質(zhì)折疊倍頻諧振腔結(jié)構(gòu)圖圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是全固態(tài)綠光532nm激光器采用本實(shí)用新型的實(shí)施例圖5是全固態(tài)綠光532nm激光器采用本實(shí)用新型的實(shí)施例具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例一，如圖3所示由泵浦光源1和10，光學(xué)耦合部件2和9，腔鏡3和8，激光增益介質(zhì)4和7，倍頻晶體6和輸出耦合反射鏡5組成，它們通過(guò)支架11固定在底座12上。
泵浦光源1和10可采用808nm的單管半導(dǎo)體激光器或808nm半導(dǎo)體激光器陣列，也可以采用從670nm到980nm其它波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器作為泵浦光源。光學(xué)耦合部件2和9是由球面鏡、非球面鏡、柱面鏡、自聚焦透鏡、光纖、棱鏡或二元光學(xué)透鏡等部分元件組成。光學(xué)耦合部件2和9作用是把泵浦光源1和10發(fā)出的橢圓象散泵浦光，耦合聚焦到激光增益介質(zhì)4和7內(nèi)。腔鏡3和8的靠近光學(xué)耦合部件2和9的表面鍍有對(duì)泵浦光減反的介質(zhì)膜，靠近激光增益介質(zhì)4和7的表面鍍有對(duì)泵浦光減反和腔內(nèi)諧振的基頻光高反的多層介質(zhì)膜。腔鏡3和8可以是平面，也可以是凹面。激光增益介質(zhì)4和7可以是NdYAG，NdYVO4或其它摻Nd+3的材料，激光增益介質(zhì)4和7也可以是CrLiSAF或其它摻Cr+3的材料。激光增益介質(zhì)4和7的四個(gè)表面都鍍有對(duì)基頻光減反的介質(zhì)膜，也可以把兩個(gè)腔鏡3和/或8去掉，把對(duì)泵浦光減反和腔內(nèi)諧振的基頻光高反的多層介質(zhì)膜直接鍍?cè)诩す庠鲆娼橘|(zhì)4和/或7的靠近腔鏡3和/或8的表面，由一個(gè)激光增益介質(zhì)4或7的表面與腔鏡3或8或兩個(gè)激光增益介質(zhì)4和7的表面形成諧振腔。在這種結(jié)構(gòu)中，也可把光學(xué)耦合部件2和/或9去掉，并使半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)靠近激光增益介質(zhì)4和/或7，直接把泵浦光近貼耦合到激光增益介質(zhì)4和/或7內(nèi)。倍頻晶體6是KTP，LBO，BBO，KN，PPKTP或其它的二階非線性光學(xué)材料。倍頻晶體6的兩個(gè)表面鍍有對(duì)基頻光和倍頻光的雙波長(zhǎng)增透介質(zhì)膜。輸出耦合反射鏡5的一個(gè)表面鍍有對(duì)基頻光減反的介質(zhì)膜，另一個(gè)表面鍍有對(duì)基頻光減反和倍頻光高反的多層介質(zhì)膜。輸出耦合反射鏡5也可以去掉，把激光增益介質(zhì)4、7或腔內(nèi)倍頻晶體6的一個(gè)表面切割成斜面，并把對(duì)基頻光減反和倍頻光高反的多層介質(zhì)膜直接鍍?cè)谛泵嫔希额l光由激光增益介質(zhì)4、7或腔內(nèi)倍頻晶體6的斜面反射輸出到雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔腔外。
本實(shí)用新型的實(shí)施例二，半導(dǎo)體激光雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻532nm綠激光的諧振腔及泵浦系統(tǒng)如圖4所示。泵浦光源1和10是采用輸出波長(zhǎng)為808nm的半導(dǎo)體激光器。光學(xué)耦合部件2和9是自聚焦透鏡，其四個(gè)平面鍍制808nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)4和7是NdYVO4，激光增益介質(zhì)4的左面鍍制808nm波長(zhǎng)減反和1064nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜作為腔鏡，激光增益介質(zhì)4的右邊鍍制1064nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。倍頻晶體6是采用KTP，以H類(lèi)臨界位相匹配角度切割，倍頻晶體6的兩個(gè)通光面鍍1064nm和532nm雙波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。放置輸出耦合反射鏡5使其表面法線與腔鏡3和8的表面法線成具有能使倍頻光反射出諧振腔的夾角，輸出耦合反射鏡5的一個(gè)平面鍍制1064nm減反的介質(zhì)膜，或放置輸出耦合反射鏡5使其表面法線與腔鏡3和8的表面法線成布儒特角，而在這個(gè)平面不鍍膜，另一個(gè)平面鍍制對(duì)1064nm波長(zhǎng)減反和對(duì)532nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)7的左邊鍍制1064nm波長(zhǎng)減反介質(zhì)膜，右邊鍍1064nm和808nm雙波長(zhǎng)減反膜。腔鏡8的左面拋成凹面，凹面曲率半徑在20mm到1000mm之間，并鍍制808nm波長(zhǎng)減反和1064nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜，平面鍍制808nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)4的左平面與腔鏡8的凹面形成諧振腔。兩個(gè)808nm的半導(dǎo)體激光器1和10在半導(dǎo)體激光電源的驅(qū)動(dòng)下發(fā)出808nm的泵浦光，由自聚焦透鏡2和9耦合到NdYVO44和7內(nèi)，并產(chǎn)生1064nm的基頻光在腔內(nèi)傳播，基頻光通過(guò)KTP時(shí)轉(zhuǎn)換為倍頻光，倍頻光通過(guò)輸出耦合反射鏡5被反射出諧振腔。
本實(shí)用新型實(shí)施例三與實(shí)施例一類(lèi)似，只是把腔鏡3和8去掉，而將腔鏡直接鍍制在激光增益介質(zhì)4和7的右面，激光增益介質(zhì)7的右而可拋光成平面或凸面。
本實(shí)用新型實(shí)施例四與實(shí)施例一或三類(lèi)似，只是在倍頻晶體6的右面放一個(gè)與平面輸出耦合鏡5相同的輸出耦合鏡12，如圖5所示，這樣可獲得兩個(gè)方向傳播的倍頻光輸出。
本實(shí)用新型實(shí)施例五也與實(shí)施例一或三類(lèi)似，但去掉輸出耦合鏡5，而把倍頻晶體6的一個(gè)面或兩個(gè)面切割成斜面，斜面法線與腔鏡法線的夾角能使倍頻光能反射出諧振腔。倍頻晶體6的斜面鍍與輸出耦合反射鏡5的輸出反射面相同的多層介質(zhì)膜。當(dāng)1064nm的基頻激光通過(guò)倍頻晶體6時(shí)，基頻光被轉(zhuǎn)換成倍頻光，通過(guò)腔內(nèi)倍頻晶體6的斜面反射輸出。
本實(shí)用新型實(shí)施例六與實(shí)施例五類(lèi)似，但是把激光增益介質(zhì)4/或7的一個(gè)面或激光增益介質(zhì)4和7的各一個(gè)面切割成斜面，斜面鍍與平面輸出耦合鏡5的輸出反射面相同的多層介質(zhì)膜。當(dāng)倍頻光通過(guò)激光增益介質(zhì)4和7的斜面時(shí)被反射輸出。
本實(shí)用新型實(shí)施例七與實(shí)施例二類(lèi)似，但是把光學(xué)耦合部件2和9換為由棱鏡和球面鏡等組成的對(duì)半導(dǎo)體輸出的橢圓光束圓化的耦合系統(tǒng)，提高輸出光束的光束質(zhì)量，增加耦合效率。
本實(shí)用新型實(shí)施例八，半導(dǎo)體激光雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻473nm波長(zhǎng)藍(lán)激光的諧振腔及泵浦系統(tǒng)與圖4的實(shí)施例二類(lèi)似。但激光增益介質(zhì)4和7采用NdYAG材料。激光增益介質(zhì)4的左邊鍍946nm波長(zhǎng)高反，1064nm、1320nm和808nm三個(gè)波長(zhǎng)減反的多層介質(zhì)膜腔鏡，激光增益介質(zhì)4的右平面鍍946nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，輸出耦合反射鏡5的一個(gè)面鍍946nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，另一個(gè)面鍍946nm波長(zhǎng)減反和473nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜。腔內(nèi)倍頻晶體6是LBO，以I類(lèi)臨界位相匹配的角度切割，雙面鍍946nm和473nm的雙波長(zhǎng)減反介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)7的左邊鍍946nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，右邊鍍946nm和808nm雙波長(zhǎng)減反膜。腔鏡8的凹面鍍946nm波長(zhǎng)高反，1064nm，1320nm和808nm三波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，平面鍍808nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。工作原理與實(shí)施例二相同，但輸出473nm波長(zhǎng)的藍(lán)光。本實(shí)施例也可采用與實(shí)施例三、四、五、六和七類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，只是選用不同的材料和膜層設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型實(shí)施例九，半導(dǎo)體激光雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻457nm波長(zhǎng)藍(lán)激光的諧振腔及泵浦系統(tǒng)與圖4的實(shí)施例二類(lèi)似。激光增益介質(zhì)4和7仍采用NdYVO4材料，但激光增益介質(zhì)4的左邊鍍914nm波長(zhǎng)高反，1064nm、1342nm和808nm三個(gè)波長(zhǎng)減反的多層介質(zhì)膜腔鏡，激光增益介質(zhì)4的右平面鍍914nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，輸出耦合反射鏡5的一個(gè)面鍍914nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，另一個(gè)面鍍914nm波長(zhǎng)減反和457nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜。腔內(nèi)倍頻晶體6是LBO，以I類(lèi)臨界位相匹配的角度切割，雙面鍍914nm和457nm的雙波長(zhǎng)減反介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)7的左邊鍍914nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，右邊鍍914nm和808nm雙波長(zhǎng)減反膜。腔鏡8的凹面鍍914nm波長(zhǎng)高反，1064nm，1342nm和808nm三波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，平面鍍808nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。工作原理與實(shí)施例二相同，但輸出457nm波長(zhǎng)的藍(lán)光。本實(shí)施例也可采用與實(shí)施例三、四、五、六和七類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，只是選用不同的材料和膜層設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型實(shí)施例十，半導(dǎo)體激光雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻671nm波長(zhǎng)紅激光的諧振腔及泵浦系統(tǒng)與圖4的實(shí)施例二類(lèi)似。激光增益介質(zhì)4和7仍采用NdYVO4材料，但激光增益介質(zhì)4的左邊鍍1342nm波長(zhǎng)高反，1064nm和808nm波長(zhǎng)減反的多層介質(zhì)膜腔鏡，激光增益介質(zhì)4的右平面鍍1342nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，輸出耦合反射鏡5的一個(gè)面鍍1342nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，另一個(gè)面鍍1342nm波長(zhǎng)減反和671nm波長(zhǎng)高反的多層介質(zhì)膜。腔內(nèi)倍頻晶體6是LBO，以I類(lèi)臨界位相匹配的角度切割，雙面鍍1342nm和671nm的雙波長(zhǎng)減反介質(zhì)膜。激光增益介質(zhì)7的左邊鍍1342nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，右邊鍍1342nm和808nm雙波長(zhǎng)減反膜。腔鏡8的凹面鍍1342nm波長(zhǎng)高反，1064nm和808nm三波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜，平面鍍808nm波長(zhǎng)減反的介質(zhì)膜。工作原理與實(shí)施例二相同，但輸出671nm波長(zhǎng)的藍(lán)光。本實(shí)施例也可采用與實(shí)施例三、四、五、六和七類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，只是選用不同的材料和膜層設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求1.雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔，包括泵浦光源1和10，光學(xué)耦合部件2和9，其特征還在于包括腔鏡3和8，激光增益介質(zhì)4和7，倍頻晶體6，輸出耦合反射鏡5，它們通過(guò)支架11固定在底座12上，在泵浦光源1和10之間置有光學(xué)耦合部件2和9，保證泵浦光源1和10發(fā)出的泵浦光耦合聚焦到激光增益介質(zhì)4和7內(nèi)，在光學(xué)耦合部件2和9之間置有腔鏡3和8，由腔鏡3和8組成諧振腔，在腔鏡3和8之間置有激光增益介質(zhì)4和7，激光增益介質(zhì)4和7之間置有輸出耦合反射鏡5和倍頻晶體6，放置輸出耦合反射鏡5使其表面法線與腔鏡3和8的表面法線成一定角度，以保證增益介質(zhì)4和7的基頻激光通過(guò)倍頻晶體6產(chǎn)生的倍頻光輸出到諧振腔腔外。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光泵浦全固態(tài)激光器，涉及對(duì)單向端面泵浦腔內(nèi)倍頻諧振腔和雙向泵浦的單增益介質(zhì)折疊倍頻諧振腔的改進(jìn)。由泵浦光源、光學(xué)耦合部件、腔鏡、激光增益介質(zhì)、倍頻晶體、輸出耦合反射鏡組成，本實(shí)用新型提供的雙向端面泵浦腔內(nèi)倍頻激光諧振腔采用了兩套泵浦系統(tǒng)，使得一臺(tái)激光器獲得了兩臺(tái)激光器的泵浦功率，從而獲得了較高的倍頻光輸出功率，同時(shí)保持了原單向泵浦諧振腔的可靠性、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了直腔結(jié)構(gòu)減少了諧振腔的總長(zhǎng)度和復(fù)雜性，使得諧振腔的穩(wěn)定性提高、裝調(diào)和固定容易，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)既增加了耦合泵浦功率，又保持了背景技術(shù)單向端面泵浦諧振腔的優(yōu)點(diǎn)，適用于半導(dǎo)體激光泵浦全固體激光器。
文檔編號(hào)H01S3/08GK2529415SQ02207599
公開(kāi)日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者檀慧明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所