專利名稱：高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種激光器，特別是指一種轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好的高重復頻率窄
脈寬半導體泵浦綠激光器。
背景技術(shù)：
激光與普通光源相比具有方向性好、相干性好及亮度高的特點，因此激光廣泛應 用于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、國防等各個領(lǐng)域。由于綠激光的波長小于紅外激光，頻率大于紅 外激光，因此，綠激光的聚焦光斑比紅外激光的小，綠激光單個光子的能量大于紅外激光單 個光子的能量，與其它物質(zhì)相互作用的時候綠激光的熱影響區(qū)域小，又由于綠激光能被人 眼直接觀察到，因此，綠激光被廣泛應用于材料的精細加工及激光演示中，綠激光器的研制 成為激光領(lǐng)域的熱點。目前用于產(chǎn)生綠光的激光器通常是在激光器的諧振腔內(nèi)放置倍頻晶 體，經(jīng)過倍頻后產(chǎn)生綠光。但目前采用的諧振腔多為直線型腔，為了形成倍頻振蕩輸出，需 要在直腔內(nèi)插入一個高反二次諧波鏡片，但腔內(nèi)插入元件會帶來額外損耗，并且容易造成 輸出兩束綠光的現(xiàn)象。目前綠激光器產(chǎn)生的綠激光往往存在脈沖寬度寬、脈沖拖尾嚴重、光 束質(zhì)量不佳等缺點，且現(xiàn)有技術(shù)中從紅外基頻光到倍頻綠光的轉(zhuǎn)換效率較低，不利于產(chǎn)業(yè) 上的應用。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高且諧振腔為 "U"形平_平腔的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器。 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其包 括有兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)及一個諧振腔，該兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)分別位于諧振腔的兩 端，泵浦耦合聚焦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光射入諧振腔內(nèi)雙端面泵浦諧振腔內(nèi)的激光工作晶體。
泵浦耦合聚焦系統(tǒng)包括有泵浦光源、平凸準直鏡、平面折反鏡及平凸聚焦鏡，泵浦 光源位于平凸準直鏡的焦點，平凸準直鏡位于泵浦光源與平面折反鏡之間，平凸準直鏡的 光軸與平面折反鏡的鏡面呈45。夾角，平凸聚焦鏡的光軸與平面折反鏡的鏡面呈45。夾 角，平凸準直鏡的光軸與平凸聚焦鏡的光軸垂直。 諧振腔為"U"形或"丌"形平_平腔，諧振腔包括有前端平面鏡、后端平面鏡、平面 輸出鏡與平面斜反鏡，前端平面鏡與后端平面鏡分別為諧振腔的前后腔鏡，前端平面鏡與 平面輸出鏡組成諧振腔的左臂，前端平面鏡與平面輸出鏡之間呈45°夾角，后端平面鏡與 平面斜反鏡組成諧振腔的右臂，后端平面鏡與平面斜反鏡之間呈45°夾角，平面輸出鏡與 平面斜反鏡垂直；平面輸出鏡與平面斜反鏡之間設(shè)有激光工作晶體，諧振腔左臂的前端平 面鏡與平面輸出鏡之間設(shè)有倍頻晶體，諧振腔右臂的后端平面鏡與平面斜反鏡之間設(shè)有Q 開關(guān)；平面輸出鏡位于激光工作晶體與其中一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)中的平凸聚焦鏡之間， 平面斜反鏡位于激光工作晶體與另一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)的平凸聚焦鏡之間，且兩組泵浦 耦合聚焦系統(tǒng)的平凸聚焦鏡的焦點均位于激光工作晶體的中心處。
泵浦光源為光纖耦合半導體激光器，該光纖耦合半導體激光器的光纖接頭位于平 凸準直鏡的焦點上。 激光工作晶體為摻釹釩酸釔晶體、摻釹釔鋁石榴石晶體、摻釹氟化釔鋰晶體晶體、 摻釹釩酸釓晶體、摻鐿釔鋁石榴石晶體或摻鉺釔鋁石榴石晶體。
倍頻晶體為三硼酸鋰晶體、六硼酸鋰銫晶體或偏硼酸鋇晶體。 本發(fā)明中采用兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)共同進行雙端面泵浦激光工作晶體，同現(xiàn)有 技術(shù)相比，能獲得更大功率的綠激光。本發(fā)明具有綠激光轉(zhuǎn)換效率高、重復頻率高且脈沖寬 度窄等優(yōu)點，同時本發(fā)明中的泵浦耦合聚焦系統(tǒng)可以做成模塊，因此本發(fā)明可實現(xiàn)整機結(jié) 構(gòu)模塊化，具有簡單牢靠、環(huán)境適應性強及性能穩(wěn)定的效果。
圖1為本發(fā)明高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)配合附圖及具體實施例就本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及能達到的功效，作如下詳細說 明。 本發(fā)明高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器用于產(chǎn)生綠光，其包括有兩組泵浦 耦合聚焦系統(tǒng)1及一個諧振腔2，該兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1分別位于諧振腔2的兩端，且 泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1發(fā)出的泵浦光射入諧振腔2內(nèi)雙端面泵浦諧振腔2內(nèi)的激光工作物 質(zhì)。該泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1包括有泵浦光源10、平凸準直鏡11、平面折反鏡12及平凸聚焦 鏡13，其中平凸準直鏡11與平凸聚焦鏡13為透鏡，泵浦光源IO位于平凸準直鏡11的焦點 上，平凸準直鏡11位于泵浦光源10與平面折反鏡12之間，平凸準直鏡11的光軸與平面折 反鏡12的鏡面呈45。夾角，平凸聚焦鏡13的光軸與平面折反鏡12的鏡面也呈45。夾角， 且平凸準直鏡11的光軸與平凸聚焦鏡13的光軸垂直。本發(fā)明中的泵浦光源10為光纖耦 合半導體激光器，其光纖接頭位于平凸準直鏡11的焦點上。 本發(fā)明中的諧振腔2采用"U"形或"丌"形平-平腔，其包括有前端平面鏡20、后端 平面鏡21、平面輸出鏡22與平面斜反鏡23，構(gòu)成法布里珀羅諧振腔，前端平面鏡20與后端 平面鏡21分別為諧振腔2的前后腔鏡，前端平面鏡20與平面輸出鏡22組成諧振腔2的左 臂，且前端平面鏡20與平面輸出鏡22之間呈45°夾角，后端平面鏡21與平面斜反鏡23組 成諧振腔2的右臂，且后端平面鏡21與平面斜反鏡23之間呈45°夾角，平面輸出鏡22與 平面斜反鏡23垂直。前端平面鏡20與后端平面鏡21為腔體前后的全反射鏡，前端平面鏡 20鍍有對基頻光和二次諧波光全反射的膜層，后端平面鏡21鍍有對基頻光全反射的膜層， 平面輸出鏡22鍍有對基頻光高反射、對二次諧波光高透射及對泵浦光高透射的膜層，平面 斜反鏡23鍍有對基頻光高反射、對泵浦光高透射的膜層。平面輸出鏡22與平面斜反鏡23 之間設(shè)有激光工作晶體24，諧振腔2左臂的前端平面鏡20與平面輸出鏡22之間設(shè)有倍頻 晶體25，諧振腔2右臂的后端平面鏡21與平面斜反鏡23之間設(shè)有Q開關(guān)26。平面輸出鏡 22位于其中一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1中的平凸聚焦鏡13與激光工作晶體24之間，平面斜 反鏡23位于另一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1的平凸聚焦鏡13與激光工作晶體24之間，且兩組 泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1的平凸聚焦鏡13的焦點均位于激光工作晶體24的中心處。
由于光纖耦合半導體激光器的光纖接頭位于平凸準直鏡11的焦點上，光纖耦合 半導體激光器發(fā)出的發(fā)散的泵浦光經(jīng)過平凸準直鏡11后被準直為平行光，經(jīng)過平面折反 鏡12反射后平行進入平凸聚焦鏡13，兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)1的泵浦光分別透過平面輸出 鏡22與平面斜反鏡23從激光工作晶體24的兩個端面入射并聚焦在激光工作晶體24的中 心處，雙端面泵浦激光工作晶體24，并產(chǎn)生波長為1064nm的紅外基頻光，通過Q開關(guān)26調(diào) Q，實現(xiàn)高重復頻率窄脈寬的1064nm紅外基頻光振蕩。通過平面輸出鏡22與平面斜反鏡23 及后端平面鏡21的反射，基頻光第一次通過倍頻晶體25，一部分基頻光經(jīng)過倍頻作用轉(zhuǎn)換 成波長為532nm的綠激光，通過倍頻晶體25的綠激光和剩余未發(fā)生倍頻的基頻光被前端平 面鏡20反射回倍頻晶體25，再次進行二次諧波轉(zhuǎn)換，之后二次諧波光，即綠激光透過平面 輸出鏡22全部輸出，并把雙程倍頻后剩余的未發(fā)生倍頻的基頻光反射回激光工作晶體24 中，繼續(xù)進行受激輻射放大。 本發(fā)明中的激光工作晶體24采用對泵浦光有較高的吸收系數(shù)和較大的受激發(fā)射 截面的摻釹釩酸釔(Nd:YV04)晶體，其摻雜濃度小于0.5at^ ;本發(fā)明中的激光工作晶體 24還可以采用摻釹紀鋁石榴石(Nd:YAG)晶體、摻釹氟化紀鋰(Nd:YLF)晶體、摻釹釩酸禮 (Nd:GdVO》晶體、摻鐿釔鋁石榴石(Yb:YAG)晶體或摻鉺釔鋁石榴石(Er:YAG)晶體。本發(fā)明 的倍頻晶體25采用臨界相位匹配的三硼酸鋰(LBO)晶體，工作溫度為室溫，其相位匹配角 為90° ，方位角為11. 4° ;本發(fā)明的倍頻晶體25還可采用六硼酸鋰銫(CLBO)或偏硼酸鋇 (BBO)等非線性晶體。本發(fā)明的泵浦光源10(即光纖耦合半導體激光器)、激光工作晶體24、 Q開關(guān)26及倍頻晶體25均采用高控溫精度水冷循環(huán)系統(tǒng)進行制冷，控溫精度為±0. rC， 水循環(huán)系統(tǒng)為全封閉式回路。 由于本發(fā)明中采用兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)共同進行雙端面泵浦激光工作晶體，同
現(xiàn)有技術(shù)相比，能獲得更大功率的綠激光。本發(fā)明具有轉(zhuǎn)換效率高、重復頻率高且脈沖寬度
窄等優(yōu)點，同時本發(fā)明中的泵浦耦合聚焦系統(tǒng)可以做成模塊，因此本發(fā)明整機結(jié)構(gòu)簡單牢
靠，環(huán)境適應性強，性能穩(wěn)定。適用于先進工業(yè)加工中的精密加工領(lǐng)域。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，其包括有兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)及一個諧振腔，所述兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)分別位于所述諧振腔的兩端，所述泵浦耦合聚焦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光射入所述諧振腔內(nèi)雙端面泵浦所述諧振腔內(nèi)的激光工作晶體。
2. 如權(quán)利要求1所述的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，所述泵 浦耦合聚焦系統(tǒng)包括有泵浦光源、平凸準直鏡、平面折反鏡及平凸聚焦鏡，所述泵浦光源位 于所述平凸準直鏡的焦點，所述平凸準直鏡位于所述泵浦光源與所述平面折反鏡之間，所 述平凸準直鏡的光軸與所述平面折反鏡的鏡面呈45°夾角，所述平凸聚焦鏡的光軸與所述 平面折反鏡的鏡面呈45°夾角，所述平凸準直鏡的光軸與所述平凸聚焦鏡的光軸垂直。
3. 如權(quán)利要求2所述的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，所述諧 振腔為"U"形或"丌"形平-平腔，所述諧振腔包括有前端平面鏡、后端平面鏡、平面輸出 鏡與平面斜反鏡，所述前端平面鏡與所述后端平面鏡分別為所述諧振腔的前后腔鏡，所述 前端平面鏡與所述平面輸出鏡組成所述諧振腔的左臂，所述前端平面鏡與所述平面輸出鏡 之間呈45°夾角，所述后端平面鏡與所述平面斜反鏡組成所述諧振腔的右臂，所述后端平 面鏡與所述平面斜反鏡之間呈45°夾角，所述平面輸出鏡與所述平面斜反鏡垂直；所述平 面輸出鏡與所述平面斜反鏡之間設(shè)有所述激光工作晶體，所述諧振腔左臂的前端平面鏡與 平面輸出鏡之間設(shè)有倍頻晶體，所述諧振腔右臂的后端平面鏡與平面斜反鏡之間設(shè)有Q開 關(guān)；所述平面輸出鏡位于所述激光工作晶體與所述其中一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)中的平凸聚 焦鏡之間，所述平面斜反鏡位于所述激光工作晶體與所述另一組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)的平凸 聚焦鏡之間，且所述兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)的平凸聚焦鏡的焦點均位于所述激光工作晶體 的中心處。
4. 如權(quán)利要求2所述的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，所述泵 浦光源為光纖耦合半導體激光器，該光纖耦合半導體激光器的光纖接頭位于所述平凸準直 鏡的焦點上。
5. 如權(quán)利要求3所述的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，所述激 光工作晶體為摻釹釩酸釔晶體、摻釹釔鋁石榴石晶體、摻釹氟化釔鋰晶體、摻釹釩酸釓晶體、摻鐿釔鋁石榴石晶體或摻鉺釔鋁石榴石晶體。
6. 如權(quán)利要求3所述的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其特征在于，所述倍 頻晶體為三硼酸鋰晶體、六硼酸鋰銫晶體或偏硼酸鋇晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，其包括有兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)及一個諧振腔，該兩組泵浦耦合聚焦系統(tǒng)分別位于諧振腔的兩端，泵浦耦合聚焦系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光射入諧振腔內(nèi)雙端面泵浦諧振腔內(nèi)的激光工作晶體。借由本發(fā)明的高重復頻率窄脈寬半導體泵浦綠激光器，可以達到產(chǎn)生的綠激光光束質(zhì)量好、且轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點。
文檔編號H01S3/081GK101719625SQ200910250019
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者盧飛星, 閔大勇 申請人:武漢華工激光工程有限責任公司