專利名稱：一種可調(diào)諧綠-藍(lán)-紫色激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，它闡述一種采用β-BaB2O4晶體倍頻可調(diào)諧激光晶體Ti3+∶GdAl3(BO3)4激射的紅光—近紅外可調(diào)諧激光產(chǎn)生可調(diào)諧綠、藍(lán)、紫色激光的小型激光器件。
背景技術(shù)：
目前，光電子材料與技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展中最迅速的一個(gè)領(lǐng)域，也是世界各國(guó)激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。由于小型低功率綠、蘭、紫色激光光源在高密度光盤存儲(chǔ)、激光打印、彩色顯示、高分辨率光譜、海底通訊及激光醫(yī)療等領(lǐng)域存在著廣泛的應(yīng)用前景，使得蘭紫光材料成為世界光電子領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種采用具有較大倍頻系數(shù)的β-BaB2O4晶體倍頻可調(diào)諧激光晶體Ti3+∶GdAl3(BO3)4激射的紅光—近紅外可調(diào)諧激光，產(chǎn)生可調(diào)諧藍(lán)紫色激光的成本低的實(shí)用化小型綠、蘭、紫光激光光源。
首先，采用TixGd1-xAl3(BO3)4單晶體作為紅光—近紅外可調(diào)諧激光工作物質(zhì)，采用非相干光源或相干光源作為泵浦源，產(chǎn)生700nm-1000nm的可調(diào)諧激光。然后，采用β-BaB2O4晶體把700nm-1000nm的激光倍頻為350nm-500nm的可調(diào)諧藍(lán)紫色激光。
所采用的非相干光源是小型直管燈，可以是氙燈，也可以是氪燈，工作狀態(tài)可以是脈沖的，也可以是連續(xù)的，所采用TixGd1-xAl3(BO3)4單晶體是棒狀的。泵浦源可以放在激光棒側(cè)部，也可以放在端部。所采用的相干光源是我們自制的590nm的全固態(tài)腔內(nèi)和頻激光光源，其技術(shù)方案已經(jīng)申請(qǐng)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?2121037.3。所采用的TixGd1-xAl3(BO3)4單晶體是塊狀的，尺寸可以較小(如5mm×5mm×5mm)。所采用的BBO晶體可以按I類，也可以按II類的相位匹配方向切割。
本發(fā)明采用了兩種晶體，其中一種是可調(diào)諧激光晶體TixGd1-xAl3(BO3)4。TixGd1-xAl3(BO3)4晶體的結(jié)構(gòu)屬于三方晶系，空間群為R32，負(fù)單軸晶。其晶胞參數(shù)為a＝b＝9.2734A，c＝7.2438A。TixGd1-xAl3(BO3)4晶體的物化性能良好，硬度大，不潮解，不解理，能耐酸耐堿，光學(xué)均勻性好，抗損傷閾值高，有較大的熱導(dǎo)率，在強(qiáng)光照射下不易產(chǎn)生色心。其吸收光譜中存在500nm-600nm的一個(gè)寬吸收峰，而其熒光光譜在700nm-1000nm出現(xiàn)一個(gè)很強(qiáng)的發(fā)光譜帶，所以當(dāng)采用500nm-600nm的泵浦源泵浦時(shí)，將產(chǎn)生700nm-1000nm的可調(diào)諧激光。由于Ti3+離子的濃度猝滅效應(yīng)較強(qiáng)，所以Ti3+離子的摻雜濃度一般都較小，經(jīng)過(guò)樣品合成和光譜實(shí)驗(yàn)研究，我們確定了TixGd-xA3(BO3)4晶體中Ti3+的摻雜濃度x值為0.005-0.05。
而另一種晶體是具有大的倍頻系數(shù)的β-BaB2O4，它的結(jié)構(gòu)屬于三方晶系，是一個(gè)負(fù)軸晶體，空間群為R3C。其晶胞參數(shù)為a＝b＝12.547A，c＝12.736A。它存在著兩種相位匹配方式I類和II類。所謂相位匹配是指基頻光與倍頻光在晶體的特定方向上滿足相干增強(qiáng)條件，即ΔK＝0(K＝nω/c，其中K為波矢；n為相應(yīng)波長(zhǎng)的折射率；c為光速，ω為園頻率)，在同軸位相匹配條件下，基頻光與倍頻光的傳播方向共線，因ΔK＝0，故有(1)對(duì)I類位相匹配方式(O+O＝e)n0w＝ne2w(θmI)(2)對(duì)II類位相匹配方式(O+e＝e)n0w+new＝2ne2w(θmII)BBO晶體具有從紫外到近紅外最寬的相位匹配范圍(λw＝410～3500nm)。該晶體的有效非線性系數(shù)為dIeff＝F2(θmI，φ，dij)＝d15Sinθ-d22CosθSin3φdIIeff＝F1(θmII，φ，dij)＝d22Cos2θSin3φ其中dij為該晶體的非線性系數(shù)，φ為晶體對(duì)a軸的方位角，θm為I類和II類相位匹配角。BBO晶體的折射率色散方程為n02＝2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)-0.01354λ2ne2＝2.3753-0.01224/(λ2-0.01667)-0.01516λ2當(dāng)λ＝700nm-1000nm時(shí)，θmI＝33.7～22.3°，θmII＝49.4～32.1°。
當(dāng)λ＝700nm-1000nm時(shí)，dIeff＝1.296～1.454pm/v，dIIeff＝0.548～1.020pm/v。
由于采用II類相位匹配方式時(shí)，晶體的有效倍頻系數(shù)比I類相位匹配的有效倍頻系數(shù)小得多，所以，應(yīng)該采用I類相位匹配方式。
本發(fā)明的成功實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)高效的綠藍(lán)紫光區(qū)的可調(diào)諧激光輸出，波長(zhǎng)在一定的范圍可調(diào)，且光束質(zhì)量好，器件體積較小，效率高，具有自己的獨(dú)特之處，有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。


圖1是采用直管氙燈泵浦的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色(350nm-500nm)激光器示意圖。
圖2是采用自制的593nm波段的全固態(tài)激光光源作為泵浦源的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色(350nm-500nm)激光器示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一采用直管氙燈泵浦TixGd1-xAl3(BO3)4(x＝0.005-0.05)晶體棒。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖1.圖中(1)是TixGd1-xAl3(BO3)4x＝0.005-0.05)晶體棒；(2)是直管氙燈；(3)是對(duì)λ＝700nm-1000nm波長(zhǎng)全反射的介質(zhì)鏡；(4)是對(duì)λ＝700nm-1000nm波長(zhǎng)透射的介質(zhì)鏡；(5)是可調(diào)濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A激光能量計(jì)；(8)是脈沖激光電源；(9)是聚光腔，為單橢圓腔，激光棒和泵浦光源分別置于其中的一個(gè)焦點(diǎn)上。該單橢圓腔的長(zhǎng)軸2a＝10mm，短軸為2b＝8.5mm，內(nèi)側(cè)拋光鍍銀。
LPE-1A能量計(jì)用于測(cè)量激光輸出能量。如果把脈沖氙閃光燈換成重復(fù)率脈沖氙燈或連續(xù)發(fā)光的氪燈，則可以作成重復(fù)或連續(xù)的可調(diào)諧固體激光器，這時(shí)最好采用冷卻裝置，可以采用水冷、風(fēng)冷或半導(dǎo)體致冷。
實(shí)施例二采用自制的593nm波段的全固態(tài)激光光源作為泵浦源泵浦塊狀的TixGd1-xAl3(BO3)4(x＝0.005-0.05)可調(diào)諧激光晶體。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖2.圖中(1)是塊狀TixGd1-xAl3(BO3)4(x＝0.005-0.05)晶體；(10)是自制的593nm波段的全固態(tài)激光泵浦源；(11)是對(duì)λ＝700nm-1000nm波長(zhǎng)全反射和對(duì)593nm全透射的介質(zhì)鏡；(12)是對(duì)λ＝700nm-1000nm波長(zhǎng)透射和對(duì)593nm全反射的介質(zhì)鏡；(5)是可調(diào)濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A激光能量計(jì)；
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，由激光工作物質(zhì)(1)、泵浦源(2)、介質(zhì)鏡(3)，(4)、可調(diào)濾光鏡(5)、倍頻晶體(6)、能量計(jì)(7)、激光電源(8)和聚光腔(9)組成，其特征在于工作物質(zhì)是TixGd1-xAl3(BO3)4(x＝0.005-0.05)可調(diào)諧激光晶體；倍頻晶體(6)是β-BaB2O4。
2.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是采用的非相干光源是小型直管燈，如氙燈或氪燈，工作狀態(tài)是脈沖的或連續(xù)的。
3.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是593nm波段的全固態(tài)腔內(nèi)和頻激光光源。
4.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)放在激光工作物質(zhì)(1)的側(cè)部或端部。
5.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的激光工作物質(zhì)(1)是塊狀或棒狀的。
6.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的倍頻晶體(6)是按I類或II類的相位匹配方式切割。
全文摘要
一種可調(diào)諧綠－藍(lán)－紫色激光器涉及激光器。一種采用β－BaB
文檔編號(hào)H01S3/091GK1485956SQ0214349
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者涂朝陽(yáng), 吳柏昌, 朱昭捷, 李堅(jiān)富, 王燕, 黃燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所