專利名稱：可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器的制作方法
可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器涉及固體激光器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，固體激光器具有光束質(zhì)量高、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。雖然目前已經(jīng)有單一固體激光器輸出雙波長(zhǎng)紅外激光的例子，如摻Nd3+激光器同時(shí)輸出1064nm和1340nm激光，但是在激光顯示、大氣監(jiān)測(cè)和光譜實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域更需要多種波長(zhǎng)的可見(jiàn)激光?，F(xiàn)有的辦法是不同的波長(zhǎng)采用不同的腔內(nèi)倍頻固體激光器、或者是采用同一紅外固體激光器，配上不同的非線性光學(xué)器件輸出不同波長(zhǎng)的激光。這就使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、維護(hù)成本較高、對(duì)使用環(huán)境的要求也比較高。
可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器設(shè)計(jì)由一個(gè)紅外激光泵浦，通過(guò)腔內(nèi)倍頻與和頻實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)輸出的固體激光器。目的在于使單一激光器件同時(shí)輸出可見(jiàn)波段不同波長(zhǎng)的激光，具備目前采用兩套激光系統(tǒng)或一臺(tái)固體激光器加上一系列非線性光學(xué)器件才能實(shí)現(xiàn)的功能。通過(guò)功能集成，使器件緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格、維護(hù)成本和對(duì)使用環(huán)境的要求也相應(yīng)降低。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器采用紅外激光(如鈦寶石激光、InGaAs和GaAlAs半導(dǎo)體激光)泵浦。在激光腔中放置一塊激光介質(zhì)，激光介質(zhì)采用摻雜Nd3+、Pr3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+等稀土離子的YAG、YVO4、LiYF4等晶體，稀土離子的摻雜濃度在0.5at％至30.0at.％之間；或者采用摻上述稀土離子的氟鋯酸鹽、氟磷酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等激光玻璃，稀土離子摻雜濃度在0.5at.％至20.0at.％之間；或者采用摻上述稀土離子的透明激光陶瓷，稀土離子摻雜濃度在0.5at.％至30.0at.％之間；再放置兩塊非線性光學(xué)晶體(如KTP、LBO、BBO、KNbO3等)分別對(duì)基波激光進(jìn)行倍頻和將基波激光與泵浦激光和頻?；蛘咴诩す馇恢蟹胖靡粔K激光與非線性光學(xué)復(fù)合功能晶體，稱之為非線性激光晶體(如可以摻雜稀土離子的GdxY1-xAl3(BO3)4，Ca4GdxY1-xO(BO3)3，Gd2xY2(1-x)(MoO4)3，(其中x可以從0變化到1)，LaSc3(BO3)4等非線性光學(xué)晶體)，同時(shí)起產(chǎn)生基波激光與自倍頻(或自和頻)的雙重作用，再加上一塊非線性光學(xué)晶體(如KTP、LBO、BBO、KNbO3等)起和頻(或倍頻)作用，也可以達(dá)到同樣的效果，并且器件更為緊湊。激光腔鏡鍍適合相應(yīng)波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的介質(zhì)膜。
現(xiàn)結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方案的實(shí)現(xiàn)方式如附圖1所示，根據(jù)紅外泵浦激光的情況和出射雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光的要求選擇合適的激光介質(zhì)(1)進(jìn)行切割和端面拋光，介質(zhì)的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾十厘米之間)，端面積一般在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。根據(jù)和頻基波激光與紅外泵浦激光的相位匹配需要對(duì)非線性光學(xué)晶體(2)進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾厘米之間)，端面積一般在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。根據(jù)倍頻基波激光的相位匹配需要對(duì)非線性光學(xué)晶體(3)進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾厘米之間)，端面積一般在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。之后將激光介質(zhì)和非線性光學(xué)晶體置于適合雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的激光腔中，三者的位置可以根據(jù)具體情況互換，以達(dá)到最佳輸出效果。諧振腔輸入鏡片(4)上鍍膜，在基波激光波長(zhǎng)附近高反(R＞99.9％)，在紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高透。諧振腔輸出鏡片(5)上鍍膜，在基波激光和紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高反(R＞99.9％)，在和頻與倍頻雙激光波長(zhǎng)處透過(guò)率大于75％。這便是一個(gè)適于紅外激光沿方向(6)泵浦的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，沿方向(7)輸出雙波長(zhǎng)固體激光。其中一束激光的頻率為基波激光頻率的2倍，另一束激光的頻率為基波激光頻率與紅外泵浦激光的頻率之和。
或者如附圖2所示，根據(jù)紅外泵浦激光的情況和出射雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光的要求選擇合適的非線性激光晶體(8)，并根據(jù)自和頻基波激光與紅外泵浦激光的相位匹配需要對(duì)該非線性激光晶體進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾十厘米之間)，端面積一般在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。根據(jù)倍頻基波激光的相位匹配需要對(duì)非線性光學(xué)晶體(9)進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾厘米之間)，端面積一般在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。之后將這兩塊晶體置于適合雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的激光腔中，兩塊晶體的位置可以根據(jù)具體情況互換，以達(dá)到最佳輸出效果。諧振腔輸入鏡片(4)上鍍膜，在基波激光波長(zhǎng)附近高反(R＞99.9％)，在紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高透。諧振腔輸出鏡片(5)上鍍膜，在基波激光和紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高反(R＞99.9％)，在和頻與倍頻雙激光波長(zhǎng)處透過(guò)率大于75％。這便是一個(gè)適于紅外激光沿方向(6)泵浦的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，沿方向(7)輸出雙波長(zhǎng)固體激光，其中一束激光的頻率為基波激光頻率的2倍，另一束激光的頻率為基波激光頻率與紅外泵浦激光的頻率之和?；蛘哂梅蔷€性激光晶體自倍頻基波激光，用非線性光學(xué)晶體和頻基波激光與紅外泵浦激光，也可以達(dá)到同樣的效果，此時(shí)激光腔中兩塊晶體的位置也可以根據(jù)具體情況互換。
可以在激光介質(zhì)、非線性激光晶體和非線性光學(xué)晶體的兩端面度泵浦激光、基波激光和可見(jiàn)激光的增透膜以提高激光運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
在最靠近輸入鏡片和輸出鏡片的晶體端面上鍍諧振腔膜，取代腔鏡，可以直接構(gòu)成一個(gè)具有相同功能的激光器。
實(shí)施本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益的效果與已有的一臺(tái)可見(jiàn)波段固體激光器只能輸出單一波長(zhǎng)激光相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)一臺(tái)固體激光器同時(shí)輸出可見(jiàn)波段不同波長(zhǎng)的兩束激光。這將使得多波長(zhǎng)固體激光器件更加緊湊，降低了器件制造、維護(hù)、調(diào)整的復(fù)雜性，也降低了制造和維護(hù)成本，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。在需要同時(shí)使用可見(jiàn)波段多波長(zhǎng)激光的場(chǎng)合，如激光顯示、光譜實(shí)驗(yàn)等，有著廣泛的應(yīng)用前景。
本可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器的


附圖1為采用一塊激光介質(zhì)和兩塊非線性光學(xué)晶體的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器的示意圖，其中(1)是激光介質(zhì)；(2)和(3)是非線性光學(xué)晶體；(4)是激光腔的輸入鏡片；(5)是激光腔的輸出鏡片；(6)是紅外泵浦激光入射方向；(7)是雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光出射方向。
附圖2為采用一塊非線性激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器的示意圖，其中(8)是非線性激光晶體；(9)是非線性光學(xué)晶體；(4)是諧振腔輸入鏡片；(5)是諧振腔輸出鏡片；(6)是紅外泵浦激光入射方向；(7)是雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光出射方向。
可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，下面結(jié)合實(shí)施例加以說(shuō)明實(shí)例1輸出504nm和670nm激光的雙波長(zhǎng)固體激光器。激光器件結(jié)構(gòu)如附圖1所示。諧振腔輸入鏡片(4)上鍍有介質(zhì)膜，在基波激光波長(zhǎng)1300nm～1400nm處高反(R＞99.9％)，在紅外泵浦激光波長(zhǎng)807nm附近高透。諧振腔輸出鏡片(5)上鍍有介質(zhì)膜，在1300nm～1400nm處高反(R＞99.9％)，在出射激光波長(zhǎng)500nm～700nm處透過(guò)率大于75％。激光介質(zhì)(1)為Nd3+:YVO4晶體，切割成端面積為5×5mm2，長(zhǎng)度為1cm左右的兩端面拋光的方柱。非線性光學(xué)晶體(2)為兩端面沿垂直于和頻泵浦激光與基波激光的II類相位匹配角(θ＝69.0°，φ＝3.67°)切割的KTP晶體，晶體長(zhǎng)度為5mm到1cm，端面積為5×5mm2，置于諧振腔輸入鏡片(4)和激光介質(zhì)(1)之間。非線性光學(xué)晶體(3)為兩端面沿垂直倍頻基波激光的II類相位匹配角(θ＝79.0°，φ＝10.27°)切割的KTP晶體，晶體長(zhǎng)度為5mm到1cm，端面積為5×5mm2，置于諧振腔輸出鏡片(5)和激光介質(zhì)(1)之間。激光介質(zhì)(1)在沿方向(6)入射的807nm泵浦激光作用下，產(chǎn)生1340nm附近基波激光，首先在非線性光學(xué)晶體(2)內(nèi)與泵浦激光發(fā)生和頻效應(yīng)，產(chǎn)生504nm附近的綠色激光，經(jīng)諧振腔鏡片(5)沿方向(7)輸出；其次在非線性光學(xué)晶體(3)內(nèi)發(fā)生倍頻效應(yīng)，產(chǎn)生670nm附近的紅色激光，經(jīng)諧振腔輸出鏡片(5)沿方向(7)輸出。此即實(shí)現(xiàn)紅、綠色雙波長(zhǎng)激光同時(shí)輸出的固體激光器。
實(shí)例2采用Nd3+:YVO4晶體(1)的其它波長(zhǎng)基波激光1064nm(4F3/2→4I11/2)和946nm(4F3/2→4I9/2)，807nm泵浦激光沿方向(6)入射。根據(jù)基波和泵浦激光的波長(zhǎng)，對(duì)起和頻與倍頻作用的KTP晶體(2)和(3)按相應(yīng)的相位匹配角切割。諧振腔輸入鏡片(4)上鍍膜，在基波激光附近高反(R＞99.9％)，在紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高透。諧振腔輸出鏡片(5)上鍍膜，在基波激光附近高反(R＞99.9％)，在出射的和頻與倍頻激光波長(zhǎng)附近透過(guò)率大于75％。最終可分別得到532nm、459nm和473nm、436nm的兩種雙可見(jiàn)波長(zhǎng)激光輸出。
實(shí)例3輸出460nm和531nm可見(jiàn)激光的雙波長(zhǎng)固體激光器。激光器構(gòu)造如附圖2所示。諧振腔輸入鏡片(4)上鍍有介質(zhì)膜，在基波激光波長(zhǎng)1062nm附近高反(R＞99.9％)，在泵浦激光波長(zhǎng)812nm附近高透。諧振腔輸出鏡片(5)上鍍有介質(zhì)膜，在1062nm附近高反(R＞99.9％)，在出射激光波長(zhǎng)450nm～550nm處透過(guò)率大于75％。非線性激光晶體(8)采用Nd3+:Ca4YO(BO3)3，兩端面沿垂直于自和頻泵浦激光與基波激光的I類相位匹配角(θ＝65.9°，φ＝134.1°)切割，晶體長(zhǎng)度為1cm左右，端面積為5×5mm2，置于靠近諧振腔輸入鏡片(4)處。非線性光學(xué)晶體(9)為兩端面沿垂直倍頻基波激光的II類相位匹配角(θ＝90.0°，φ＝26.38°)切割的KTP晶體，晶體長(zhǎng)度為5mm到1cm，端面積為5×5mm2，置于諧振腔輸出鏡片(5)和非線性激光晶體(8)之間。非線性激光晶體(8)在沿方向(6)入射的812nm泵浦激光作用下，產(chǎn)生1062nm基波激光，首先在非線性激光晶體(8)內(nèi)與泵浦激光發(fā)生自和頻效應(yīng)，產(chǎn)生460nm藍(lán)色激光，經(jīng)諧振腔鏡片(5)沿方向(7)輸出；其次在非線性光學(xué)晶體(9)內(nèi)發(fā)生倍頻效應(yīng)，產(chǎn)生531nm綠色激光，經(jīng)諧振腔鏡片(5)沿方向(7)輸出。
權(quán)利要求
1.一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，是由紅外激光泵浦系統(tǒng)、激光腔、激光介質(zhì)和非線性光學(xué)晶體組成。其特征在于在激光腔中放置一塊激光介質(zhì)和兩塊非線性光學(xué)晶體；激光介質(zhì)采用摻雜Nd3+、Pr3+、Ho3+、Er3+、Tm3+或Yb3+稀土離子的YAG、YVO4、LiYF4晶體中的一種，稀土離子摻雜濃度在0.5at％至30.0at.％之間，或采用摻雜Nd3+、Pr3+、Ho3+、Er3+、Tm3+或Yb3+稀土離子的氟鋯酸鹽、氟磷酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽激光玻璃中的一種，稀土離子摻雜濃度在0.5at.％至20.0at.％；或采用摻雜Nd3+、Pr3+、Ho3+、Er3+、Tm3+或Yb3+稀土離子的透明激光陶瓷中的一種，稀土離子摻雜濃度在0.5at.％至30.0at.％之間；非線性光學(xué)晶體為KTP、LBO、BBO或KNbO3晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于所述的兩塊非線性光學(xué)晶體根據(jù)和頻基波激光與紅外泵浦激光的相位匹配需要對(duì)進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度根據(jù)具體的材料和器件的要求確定，端面積在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于所述的一塊激光介質(zhì)和兩塊非線性光學(xué)晶體，三者的位置互換。
4.一種權(quán)利要求1的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于在激光腔中放置一塊非線性激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體；非線性激光晶體為摻雜稀土離子的GdxY1-xAl3(BO3)4，Ca4GdxY1-xO(BO3)3，Gd2xY2(1-x)(MoO4)3，或LaSc3(BO3)4非線性光學(xué)晶體中的一種，其中x從0變化到1；非線性光學(xué)晶體為KTP、LBO、BBO或KNbO3晶體。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于對(duì)所述的非線性激光晶體，根據(jù)自和頻基波激光與紅外泵浦激光的相位匹配需要進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度根據(jù)具體的材料和器件的要求確定，端面積在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。
6.如權(quán)利要求4所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于對(duì)所述的非線性光學(xué)晶體，根據(jù)倍頻基波激光的相位匹配需要進(jìn)行定向切割，使其入射和出射端面與所需的相位匹配方向垂直，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定，端面積在毫米見(jiàn)方到厘米見(jiàn)方之間。
7.如權(quán)利要求4所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于所述的一塊非線性激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體，兩塊晶體的位置互換。
8.如權(quán)利要求1或4所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于在所述的諧振腔輸入鏡片上鍍膜，使其在基波激光波長(zhǎng)附近高反，R＞99.9％，在紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高透；在諧振腔輸出鏡片上鍍膜，使其在基波激光和紅外泵浦激光波長(zhǎng)附近高反，R＞99.9％，在和頻與倍頻雙激光波長(zhǎng)處透過(guò)率大于75％。
9.如權(quán)利要求1或4所述的一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于在所述的激光介質(zhì)、非線性激光晶體和非線性光學(xué)晶體的兩端面度泵浦激光、基波激光和可見(jiàn)激光的增透膜。
10.一種權(quán)利要求1或4的可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器，其特征在于在最靠近輸入鏡片和輸出鏡片的晶體端面上鍍諧振腔膜，直接構(gòu)成一個(gè)沒(méi)有諧振腔輸入鏡片和諧振腔輸出鏡片的激光器。
全文摘要
一種可見(jiàn)波段雙波長(zhǎng)固體激光器涉及固體激光器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。采用腔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行倍頻與和頻的方案，利用紅外激光泵浦，同時(shí)輸出可見(jiàn)波段的雙波長(zhǎng)激光。器件結(jié)構(gòu)緊湊，降低了器件制造、維護(hù)、調(diào)整的復(fù)雜性，也降低了制造和維護(hù)成本，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1464602SQ02124628
公開(kāi)日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者黃藝東, 黃妙良, 陳雨金, 龔興紅, 羅遵度 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所