專利名稱：一種聲光調(diào)q的多波長激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的聲光調(diào)Q的多波長激光器，屬光電子領(lǐng)域。其在單根激光晶體可同時(shí)輸出多種基波的激光波長及其非線性變頻的相干輻射，可應(yīng)用于激光醫(yī)療、激光加工、激光通訊等多個(gè)方面。
過去有人把輸出一種基波波長的激光及其非線性倍頻光的一臺激光器，稱作雙波長激光器。而通常人們指的多波長激光器應(yīng)該是在單根激光晶體可同時(shí)振蕩著至少兩種基波波長的激光，有時(shí)還可含有其非線性變頻的相干輻射。
由于多波長激光器有著十分廣泛的用途，是近年來國際廣泛關(guān)注并研究的項(xiàng)目。由于三價(jià)釹離子(Nd3+)激光晶體存在兩條主要的波段，即由4F3/2－4I11/2能級的躍遷產(chǎn)生的1.0μm波段基波激光，和由4F3/2→4I13/2能級產(chǎn)生的1.3μm波段基波激光(對NdYAG晶體，為1064nm及1319nm或1338nm的激光；對NdYVO4晶體，為1064nm及1342nm的激光；對NdYAP晶體，為1079.5nm及1341.4 nm的激光；對NdYLF晶體，1047nm及1313nm的激光；對NdBEL晶體，為1064nm及1351nm的激光)，而兩種波長激光的躍遷截面σ相差較大，而且不同的激光晶體在兩種波段躍遷截面之比又有所不同(見表1)，要讓兩種波段的基波同時(shí)振蕩就要求采用相關(guān)的單元技術(shù)。我們曾建立了世界上首臺連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的雙波長晶體激光器(沈鴻元等，“Comparison of
表1.一些摻釹激光晶體的基本參數(shù)
simultaneous multiple wavelength lasing in various neodymium hostcrystals at transitions from4F3/2to4I11/2and4I13/2”，Applied physicsletters，(1990)，56(20)，1937)，實(shí)現(xiàn)在NdYAP晶體上同時(shí)輸出33.7W1.0795μm激光及30W 1.3414μm激光。過去，我們測量了Nd3+離子在YAP晶體中4F3/2-4I13/2躍遷的截面σ(沈鴻元等，“Measurementof the Stimulated Emmission Cross section for4F3/2-4I13/2transition of Nd3-in YAlO3Crystal”，IEEEJ.Quantum Electron.，1989，Vol.25，No.2，144)，它是NdYAG、NdYLF和NdBEL等晶體躍遷截面的2.4倍以上，它易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)的雙波長運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，我們還獲得了大能量的雙波長同時(shí)長脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)的激光(林文雄，沈鴻元等，“雙波長脈沖NdYAG激光器的實(shí)驗(yàn)研究”，《中國激光》，1994，Vol.A.21，No.289.)，及在長脈沖下的非線性變頻輸出(林文雄，沈鴻元等“Tripling theharmonic generation of a 1341.4nm NdYAP laser in LiIO3and KTPcrystals to get 447.1nm blue coherent radiation”，Optics Communications,1991，82(3-4)333-336；沈鴻元，林文雄等，“Second harmonic generationand sum requency mixing of dual wavelength NdYAlO3laser to 413.7nmviolet coherent radiation in LiIO3crystal”，Journal of AppliedPhysics(1992)，72(9)4472.)。此外，在同一個(gè)激光晶體同時(shí)輸出幾種基波波長的研究工作在國際上也開展了一些，如美國專利“DualWavelength Solid State laser”5,708,672；Chen Y F；CW dual-wavelength operation of a diode-end-pumped NdYVO4 laser，APPLIEDPHYSICS B-LASERS AND OPTICS，(2000)Vol.70，No.4,475.
聲光調(diào)Q后的激光比連續(xù)、長脈沖工作方式的峰值功率提高了幾個(gè)能量級，由于其脈寬窄，占寬比變小了，在激光醫(yī)療中其對肌體的熱灼傷作用可大大減少，而其平均功率比電光調(diào)Q后的激光輸出大許多；此外，由于峰值功率提高，轉(zhuǎn)換效率與同峰值功率的平方成正比的非線性光學(xué)變頻相干輻射隨之也大大提高。因此，聲光調(diào)Q的多波長激光器有較好的應(yīng)用前景。從目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀看，尚未涉及同一激光晶體的兩個(gè)波段的基波同時(shí)工作于聲光調(diào)Q狀態(tài)。而且一般使用聲光調(diào)制器，在腔內(nèi)也只對一種波長起開關(guān)作用。
本發(fā)明的目的在于公開一種使用聲光調(diào)制器能使一種摻釹離子激光晶體，在單根棒中使1.0μm波段及1.3μm波段激光同時(shí)振蕩并工作在聲光調(diào)Q狀態(tài)的多波長激光器，使得一臺激光器具有多臺激光器的作用。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如附圖3所示。
首先激光晶體采用NdYAG、NdYVO4、NdYAP、NdYLF、NdBEL中的一種，在燈泵或半導(dǎo)體激光列陣泵浦下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)儲能，在腔內(nèi)插入聲光調(diào)制器，以不同摻釹晶體激光材料在1.0μm波段及1.3μm波段的躍遷截面σ與熒光壽命τ的乘積σ·τ設(shè)計(jì)諧振腔的前后腔鏡等參數(shù)，可參見我們建立的雙波長同時(shí)振蕩理論(沈鴻元等，“Comparison of simultaneous multiple wavelength lasing in variousneodymium host crystals at transitions from4F3/2to4I11/2and4I13/2”，Applied physics letters，(1990)，56(20)，1937)，即在特定的泵浦功率注入下使兩種波長的運(yùn)轉(zhuǎn)激光競爭能力相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)在聲光調(diào)Q狀態(tài)下的雙波長同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。普通的聲光調(diào)制器都只對某一單一波長調(diào)制，而本發(fā)明的聲光調(diào)制器能在一塊聲光晶體內(nèi)對1.0μm波段及1.3μm波段同時(shí)進(jìn)行調(diào)制。這就要求1)選用的聲光調(diào)制晶體對1.0μm波段及1.3μm波段吸收系數(shù)小的聲光晶體材料，2)在聲光調(diào)制器晶體兩個(gè)端面鍍上1.0μm波段及1.3μm波段的增透膜。這樣就可保證插入的聲光調(diào)制晶體不會引入過大的插入損耗。
從以上的聲光調(diào)Q的多波長激光器輸出的基波光，還可通過加上的非線性光學(xué)變頻晶體實(shí)現(xiàn)非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的激光器采用一塊聲光調(diào)制器晶體構(gòu)成聲光調(diào)制器，對兩個(gè)波段的基波光進(jìn)行開關(guān)調(diào)制，避免了兩種基波光各用一塊聲光調(diào)制器引入的插入損耗及腔長過長而不利高功率運(yùn)轉(zhuǎn)等負(fù)面因素；在聲光調(diào)制下使激光的兩波段基波的峰值功率大提高，從而大大提高其非線性光學(xué)變頻產(chǎn)生的相干輻射輸出。因此可廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療、激光加工、激光通訊領(lǐng)域等多個(gè)領(lǐng)域。
本發(fā)明與與背景技術(shù)相比所具有的有益的效果已有的相關(guān)研究及報(bào)道都是讓晶體雙波長激光器的兩個(gè)基波運(yùn)轉(zhuǎn)在連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)、長脈沖及電光調(diào)Q的工作狀態(tài)，而本發(fā)明是運(yùn)行于聲光調(diào)制狀態(tài)，它比電光調(diào)Q的工作方式平均功率高許多，又比連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)激光的峰值功率提高幾個(gè)數(shù)量級，因此若用在激光醫(yī)療上，由于時(shí)間占寬比較小，這將讓生物組織有一定的熱遲豫時(shí)間，使得過熱灼傷的損害大大減小；由于峰值功率的提高，也使得激光更易切割生物組織，形象的說法是“激光刀更鋒利了”；本發(fā)明采用一塊聲光調(diào)制晶體構(gòu)成聲光調(diào)制器，對兩個(gè)波段的基波光同時(shí)進(jìn)行開關(guān)調(diào)制，避免了兩種基波光各用一塊聲光調(diào)制晶體引入的插入損耗及腔長過長而不利于高功率運(yùn)轉(zhuǎn)等負(fù)而因素；此外，由于峰值功率的提高，腔內(nèi)或腔外的非線性光學(xué)變頻轉(zhuǎn)化效率提高了幾個(gè)數(shù)量級，從而輸出有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的相干輻射。
下面對附圖作簡要說明

圖1是本發(fā)明燈泵浦NdYAG的聲光調(diào)Q多波長激光器實(shí)例的構(gòu)成圖；圖2是本發(fā)明激光二極管側(cè)面泵浦NdYAG的聲光調(diào)Q多波長激光器實(shí)例的構(gòu)成圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本方案的實(shí)施例實(shí)施例一圖1中(1)為NdYAG晶體，(2)是泵浦用氪燈或氙燈，(3)是濾去泵浦燈紫外輻射的濾光管，(4)緊包式橢圓型或圓型聚光腔，腔內(nèi)充滿介質(zhì)冷卻液，冷卻工作物質(zhì)和泵浦燈，(5)是對激光波長全反射的介質(zhì)鏡，(6)為激光的輸出鏡，它對兩種基波的輸出耦合度不同，從而使兩種波長激光的損耗不同，以達(dá)到雙波長同時(shí)滿足振蕩條件，(7)是自循環(huán)冷卻器，(8)為電源，它可以是輸出電流從0連續(xù)增加到30安培的連續(xù)電源，或輸出平均電流從0增加到30安培的脈沖寬度適當(dāng)?shù)闹貜?fù)率電源，或者輸出能量可變的脈沖電源，(9)聲光調(diào)制器，它是熔石英調(diào)制器，熔石英盡可能選用脫OH根材料，這樣可以避免其在1.3μm波段OH根有較強(qiáng)的吸收損耗。熔石英尺寸8×25×50mm，鍍上對1.0μm波段及1.3μm波段的反射率小于0.5％的寬帶增透膜。工作時(shí)通水冷卻聲光調(diào)制器，(10)是聲光調(diào)制器的水循環(huán)冷卻裝置。工作時(shí)，若在腔內(nèi)或腔外插入非線性光學(xué)變頻晶體，并相應(yīng)調(diào)整諧振腔鏡的耦合度，即可方便地獲得較高變頻效率的相干輻射輸出。
實(shí)施例二圖2中(1)是NdYAG晶體、用多個(gè)LD(12)側(cè)向泵浦，在與泵浦光垂直方向上用半導(dǎo)體致冷器致冷的熱沉(圖中沒畫出)，抽取工作物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的熱量，(5)、(6)是與圖1相似的全反射介質(zhì)鏡和輸出介質(zhì)鏡，(9)聲光調(diào)制器，它是熔石英調(diào)制器，熔石英盡可能選用脫OH根材料，這樣可以避免其在1.3μm波段OH根有較強(qiáng)的吸收損耗。熔石英尺寸8×25×50mm，鍍上對1.0μm波段及1.3μm波段的反射率小于0.5％的寬帶增透膜。工作時(shí)通水冷卻聲光調(diào)制器，(10)是聲光調(diào)制器的水循環(huán)冷卻裝置，(11)是LD半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動源。工作時(shí)，若在腔內(nèi)或腔外插入非線性光學(xué)變頻晶體，并相應(yīng)調(diào)整諧振腔鏡的耦合度，即可方便地獲得較高變頻效率的相干輻射輸出。
權(quán)利要求
1.一種聲光調(diào)Q的多波長激光器，是以NdYAG、NdYVONdYAP、NdYLF、NdBEL激光晶體中的一種為激光激活介質(zhì)，在燈(氪燈或氙燈)為泵浦源或以半導(dǎo)體激光器為泵浦源下，在一根激光晶體棒中同時(shí)輸出1.0μm波段及1.3μm波段兩種基波的激光振蕩，對NdYAG晶體，同時(shí)振蕩1064nm、1319nm或1338nm的雙波長激光；對NdYVO4晶體，同時(shí)振蕩1064nm、1342nm的雙波長激光；對NdYAP晶體，同時(shí)振蕩1079.5nm、1341.4nm的雙波長激光；對NdYLF晶體，同時(shí)振蕩1047nm、1313nm的雙波長激光；對NdBEL晶體，同時(shí)振蕩1064nm、1351nm的雙波長激光，在腔內(nèi)有聲光調(diào)制器，振蕩的雙波長激光運(yùn)轉(zhuǎn)于高峰值功率的調(diào)Q聲光調(diào)制器狀態(tài)，該器件輸出雙波長中的一種或兩種基波，或輸出經(jīng)過放置腔內(nèi)或腔外的非線性光學(xué)變頻晶體產(chǎn)生的相干輻射，其特征在于所述多波長激光器腔內(nèi)裝置有對1.0μm波段及1.3μm波段同時(shí)振蕩的兩種基波的激光進(jìn)行聲光調(diào)Q的聲光調(diào)制器；
2.如權(quán)利要求1所述的聲光調(diào)Q的多波長激光器，其特征在于所述的聲光調(diào)制器由一塊聲光調(diào)制晶體構(gòu)成，它是熔石英調(diào)制器，熔石英選用脫OH根材料，鍍上對1.0μm波段及1.3μm波段的寬帶增透膜。
全文摘要
一種聲光調(diào)Q的多波長激光器,它是以NdYAG、Nd∶YVO
文檔編號H01S3/11GK1327282SQ01119589
公開日2001年12月19日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者林文雄, 黃見洪, 沈鴻元 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所