專利名稱：一種基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自變頻固體激光器，特別是涉及一種基于摻釹硼酸鈣氧釓 (NdiGdCOB)晶體的自變頻固體激光器。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的發(fā)展及其在信息存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)、激光顯示、光學(xué)研究等領(lǐng)域越來 越廣泛的應(yīng)用，對(duì)具有不同輸出波長的固體激光器的需求也越來越迫切?？梢姴ㄩL激光在 全色顯示、醫(yī)療、印刷、娛樂和科學(xué)研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。目前，獲得綠光輸出的主 要途徑是采用倍頻晶體KTP、PPLN或LBO等對(duì)Nd3+離子產(chǎn)生的1. 06 μ m激光進(jìn)行倍頻獲得 0. 53 μ m的綠光輸出。對(duì)于中小功率的綠光輸出，通常采用Nd: YV04+KTP的方式來得到。將 Nd YVO4和KTP晶體膠合在一起，并在膠合的晶體兩端直接鍍上腔鏡膜，形成激光諧振腔。這 種辦法獲得綠光的效率較高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。但是這種包含激光工作物質(zhì)和倍頻材料 兩種晶體的激光器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性不是很強(qiáng)，而且兩塊晶體的膠合工藝一直限制了 這種激光器的成本和發(fā)展。自變頻晶體是一個(gè)獲得可見激光輸出的理想方式。將激活離子摻雜入一塊具有非 線性光學(xué)特性的晶體，使其既是激光晶體，又具有非線性的功能。當(dāng)晶體的切割方向沿相位 匹配的方向切割時(shí)，就可以在晶體內(nèi)部對(duì)離子產(chǎn)生的基頻激光直接進(jìn)行自倍頻、自和頻、自 差頻、或者自參量振蕩，從而獲得不同波長的自變頻激光輸出。從原理上講，自變頻激光器 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性強(qiáng)，制作成本低。近年來人們一直在探索高效的、適合實(shí)用化的自變 頻晶體，其中主要被研究的是自倍頻晶體，其它自變頻現(xiàn)象比較少見報(bào)道。最先實(shí)現(xiàn)自倍頻 綠光輸出的晶體是Nd:MgO:LiNb03。但是LiNbO3晶體的泵浦閾值高，自倍頻效率很低并且具 有光折變效應(yīng)，不能獲得實(shí)際應(yīng)用。NdxYhAl3 (BO3) 4 (NYAB)曾經(jīng)被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)綠光 自倍頻輸出的晶體，用LD泵浦NYAB晶體可獲得225mW的綠光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率為14%。 但是由于YAl (BO3)4(YAB)和NdAl (BO3)4 (NAB)的晶體結(jié)構(gòu)不同，造成NYAB晶體的光學(xué)均勻 性較差，使生長高質(zhì)量的NYAB晶體很困難，不能滿足商品化的要求。由于Nd:Mg = LiNbO3和 NYAB晶體的這些缺點(diǎn)，阻礙了這兩種激光自倍頻晶體走向?qū)嵱谩Ｐ滦图す庾宰冾l晶體摻釹硼酸鈣氧釓(NchGdCOB)的出現(xiàn)給激光自變頻晶體的研 究和實(shí)用化帶來了新的希望。由于這類晶體可以用提拉法生長，容易得到大尺寸、高質(zhì)量 的單晶。用鈦寶石激光器泵浦NchGdCOB晶體的自倍頻綠光輸出功率為225mW ；用LD(激光 二極管)泵浦NchGdCOB晶體的自倍頻綠光輸出功率為114mW ；LD泵浦NchGdCOB晶體的平 平腔激光自倍頻綠光輸出功率為22mW，LD泵浦NchGdCOB晶體微片自倍頻綠光激光輸出為 20mW(切割方向?yàn)棣?=90°，Φ =35° )，而在其最優(yōu)倍頻方向上，其自倍頻綠光激光輸 出可達(dá)960mW(切割方向?yàn)棣?=113°，Φ =36.4° )。另外，我們?cè)谠摼w自倍頻的實(shí)驗(yàn) 過程中，還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)基頻光的自和頻現(xiàn)象。以上結(jié)果充分展示了 NchGdCOB在自變頻方面 的研究前景和應(yīng)用價(jià)值。目前，一些可以獲得實(shí)際應(yīng)用的自變頻激光器正在設(shè)計(jì)制作之中。鑒于Nd:GdC0B以上這些優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明針對(duì)目前以Nd:YV04+KTP為工作物質(zhì)制作中小功率的綠光激光器的不足，用Nd:GdCOB —塊晶體同時(shí)作為增益介質(zhì)及變頻元件，晶體的 兩個(gè)端面沿著垂直于自變頻的相位匹配方向切割，在自變頻晶體兩端加上腔鏡，或者對(duì)端 面直接進(jìn)行曲面加工和鍍膜，形成激光諧振腔，采用能被該自變頻晶體有效吸收的激光作 為泵浦源(800 885nm附近)，獲得936nm、1060nm、1090nm、和1332nm附近波段的基頻光 運(yùn)轉(zhuǎn)，再利用激光晶體自身具有的非線性光學(xué)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)以上基頻光的自倍頻、自和頻、自 差頻、或者自參量振蕩的激光輸出。本發(fā)明使激光器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，簡化了小功率激光 器的制備 工藝，降低了制作成本，并提高了激光器的可靠性和穩(wěn)定性，有利于自變頻激光器 的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，并推動(dòng)了新型小功率自倍頻綠光激光器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用自變頻NchGdCOB晶體作為增益介質(zhì)和變頻元件，采用能被 該自變頻晶體有效吸收的激光作為泵浦源，通過確定該晶體在不同基頻光波長處的變頻最 佳相位匹配方向，設(shè)計(jì)相應(yīng)合理的激光諧振腔鏡透過率和諧振腔型，并可以在自變頻晶體 兩端面上直接進(jìn)行曲面加工和鍍膜來代替激光腔鏡，獲得一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、穩(wěn)定性好、制 作工藝簡單、成本低的自變頻的固體激光器。利用該自變頻晶體和相應(yīng)的自變頻激光器技 術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)小型化、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性高的藍(lán)、綠、紅、近紅外、甚至THz范圍的固 體激光器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的基于摻釹硼酸鈣氧釓(NchGdCOB)晶體的自變頻固體激光器， 包括NchGdCOB自變頻晶體、泵浦源和激光諧振腔，其特征在于所述的自變頻晶體為 NdxGd1^Ca4O(BO3) 3，其中χ = 0. 001 0. 2，該自變頻晶體的切割方向沿著垂直于該晶體變頻 相位匹配方向切割，兩個(gè)通光端面拋光處理；所述的泵浦源為波長在802 815nm、830nm、 或者868 887nm波段的激光器；所述的激光諧振腔對(duì)基頻光實(shí)現(xiàn)全反饋，對(duì)變頻光實(shí)現(xiàn)全 輸出；其中，所述的泵浦源輸出光路前方設(shè)置激光諧振腔，在激光諧振腔中安置所述自變頻 晶體，泵浦方式為端面泵浦方式或側(cè)面泵浦方式。在上述的技術(shù)方案中，在所述的泵浦源與所述的輸入腔鏡之間，還包括一耦合部 件，來提高泵浦光耦合進(jìn)晶體的效率，所述的耦合部件為單一的耦合透鏡，或耦合透鏡組。在上述的技術(shù)方案中，所述的激光諧振腔有三種類型(1)所述的激光諧振腔由獨(dú)立的輸入腔鏡和輸出腔鏡構(gòu)成，其中自倍頻晶體兩端 不鍍膜，或鍍上對(duì)泵光、基頻光和變頻光都增透的膜層，以消除菲涅爾散射損耗；(2)所述的激光諧振腔由在自倍頻晶體輸入端面直接鍍激光腔鏡膜作為輸入腔 鏡，和自倍頻晶體輸出光的光路上設(shè)置一輸出腔鏡構(gòu)成，在自倍頻晶體的輸出端面不鍍膜 或鍍上對(duì)泵光、基頻光和變頻光都增透的膜層，以消除菲涅爾散射損耗；(3)所述的激光諧振腔由直接在激光晶體的兩個(gè)端面都鍍上激光腔鏡膜，構(gòu)成一 個(gè)沒有獨(dú)立輸入腔鏡和輸出腔鏡的激光器，使激光器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊。在上述的技術(shù)方案中，所述的輸入腔鏡(或者晶體輸入端面鍍膜)是對(duì)泵浦光高 透(HT)，基頻光和倍頻光高反(HR)；所述的輸出腔鏡(或者晶體輸出端面鍍膜)可以是對(duì) 基頻光高反(HR)和倍頻光高透(HT)，也可以除對(duì)基頻光高反(HR)和倍頻光高透(HT)夕卜， 還對(duì)泵浦光高反(HR)，以提高泵浦光的吸收率，提高激光輸出效率。
在上述的技術(shù)方案中，所述的激光諧振腔除普通線型腔外，還能實(shí)現(xiàn)折疊腔，例 如L型腔(附圖8)、V型腔(附圖9)等。在上述的技術(shù)方案中，所述的NdxGdhCa4O(BO3)3自變頻晶體沿著垂直于主平面 上、或者空間上變頻(例如倍頻、和頻、差頻、或參量振蕩)的最佳相位匹配方向切割 (即 有效非線性極化率xeff最大的方向)，并對(duì)垂直于此方向的兩個(gè)通光端面進(jìn)行拋光處理。 其通光截面為圓形、矩形、橢圓形等，通光方向厚度為0. 1 20mm。在上述的技術(shù)方案中，還包括用于NdxGdhCa4O(BO3)3自變頻晶體冷卻的制冷控溫 裝置，所述的制冷控溫裝置為水冷、或者半導(dǎo)體TEC制冷等。在上述的技術(shù)方案中，所述的自變頻固體激光器還包括采用調(diào)Q，鎖模等通用激光 技術(shù)的激光器。在上述的技術(shù)方案中，所述的泵浦源是閃光燈、單管或者模塊形式的半導(dǎo)體激光 器、光纖激光器、或者可調(diào)諧鈦寶石激光器；泵浦源的輸出形式是連續(xù)輸出或是脈沖輸出； 泵浦方式為端面泵浦方式或側(cè)面泵浦方式。在上述的技術(shù)方案中，激光諧振腔外加輸入和輸出腔鏡的曲率、或者晶體輸入和 輸出端面直接加工的曲率可以在士⑴到士50mm之間變化，從而實(shí)現(xiàn)平平腔、平凹腔、平凸 腔、凹凸腔、凹凹腔、凸凸腔等多種不同腔型。在上述的技術(shù)方案中，采用所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光 器，可以獲得936nm、1060nm、1090nm、和1332nm附近波段的基頻光運(yùn)轉(zhuǎn)，再利用該激光晶體 自身具有的非線性光學(xué)效應(yīng)，配合晶體變頻最佳相位匹配方向的切割，設(shè)計(jì)相應(yīng)的激光腔 鏡膜透過率，能夠分別實(shí)現(xiàn)以下這些激光輸出(l)468nm、530nm、545nm、或666nm附近的自倍頻可見激光輸出；(2)某兩個(gè)基頻光的自和頻激光輸出，例如1060nm和1090nm的和頻輸出為 537nm綠光；(3)某個(gè)基頻光與泵浦光的自和頻輸出，例如1060nm基頻光和808nm泵浦光的自 和頻輸出為458nm藍(lán)光；(4)某兩個(gè)基頻光的自差頻激光輸出，例如1060nm和1090nm的差頻輸出為 7. 78THz ；(5)某個(gè)基頻光的自參量振蕩的激光輸出。本發(fā)明的自變頻固體激光器與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的技術(shù)方案是利用自變頻NchGdCOB晶體作為增益介質(zhì)和變頻元件，采用 能被該自變頻晶體有效吸收的激光作為泵浦源，通過確定該晶體在不同基頻光波長處的變 頻最佳相位匹配方向，設(shè)計(jì)了合理的激光諧振腔鏡透過率和諧振腔型，并可以在自變頻晶 體兩端面上直接進(jìn)行曲面加工，以及在自變頻晶體兩端面鍍上對(duì)泵光、基頻光和變頻光都 增透的膜層，來代替激光腔鏡，獲得一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、穩(wěn)定性好、制作工藝簡單、成本低的 自變頻的固體激光器。利用該自變頻晶體和相應(yīng)的自變頻激光器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)小型 化、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性高的藍(lán)、綠、紅、近紅外、甚至THz范圍的固體激光器。1.本發(fā)明采用的激光自變頻晶體NchGdCOB可以用提拉法生長，容易得到大尺寸、 高質(zhì)量的單晶；有效非線性系數(shù)大，非線性變頻效率高，容易得到高效率的自變頻激光輸 出；
2.本發(fā)明利用具有非線性和光學(xué)性能的激光晶體實(shí)現(xiàn)自倍頻之外的自和頻、自差 頻、自參量振蕩等其它方式的自變頻激光運(yùn)轉(zhuǎn)；基于該思想，可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)、綠、紅、近紅外、甚 至THz范圍的激光輸出，而且技術(shù)簡單，系統(tǒng)緊湊穩(wěn)定。3.本發(fā)明提出可以對(duì)自變頻晶體端面直接進(jìn)行曲面加工和鍍膜，不僅可以實(shí)現(xiàn)微 片式平平腔，還可以實(shí)現(xiàn)平凹腔、平凸腔、凹凸腔、凹凹腔、凸凸腔等其它各種不同微片式腔 型；在不加腔鏡，使激光器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊的同時(shí)，能夠改變腔型，提高激光輸出效率。4.本發(fā)明還提出所述的自變頻固體激光器可以采用調(diào)Q，鎖模等通用的激光技 術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大了自變頻技術(shù)的研究和應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明的一種自然冷卻自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種控溫冷卻自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的一種連續(xù)輸出自變頻微片式固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的一種平凹腔微片式脈沖輸出自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的一種雙凹腔微片式自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的一種平凸腔自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的一種側(cè)面泵浦自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的一種L型腔自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明的一種V型腔自變頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明的一種自變頻調(diào)Q固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖面說明1-泵浦源2-自變頻晶體3-輸入腔鏡4-輸出耦合鏡5-泵浦源的冷卻散熱裝置6-耦合部件7-出射激光8-增透膜，對(duì)泵浦光波長、基頻光和變頻光高透(HT)的膜9-輸入腔鏡膜，對(duì)泵浦光波長高透(HT)、對(duì)基頻光和變頻光高反(HR)的膜10-輸出腔鏡膜，對(duì)基頻光高反(HR)、變頻光高透(HT)的膜11-聚光腔12-聲光Q開關(guān)13-晶體的冷卻散熱裝置14-Q開關(guān)的冷卻散熱裝置15-折疊腔鏡
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地的說明。實(shí)施例1參考圖1，制作一種基于摻釹硼酸鈣氧釓(NchGdCOB)晶體的自變頻固體激光器。本實(shí)施例使用摻雜濃度為5at. %的Nd:GdCOB自變頻晶體2，按θ = 90°，Φ = 47.5°方向切割，通光方向的兩個(gè)端面按照激光晶體的拋光工藝進(jìn)行拋光處理。自變頻晶 體2的通光面為正方形，自變頻晶體2尺寸為3 X 3 X 5mm，并且自變頻晶體2的端面不鍍膜。 自變頻晶體2不外加冷卻散熱裝置，采用自然冷卻方式。泵浦源1采用發(fā)射波長為808nm的連續(xù)輸出半導(dǎo)體激光二極管，泵浦方式為端面泵浦。泵浦源1采用 配有泵浦源的冷卻散熱裝置的(市場(chǎng)上可以買到)。輸入腔鏡3為平鏡，其上鍍有對(duì)泵浦光波長808nm高透(HT)、對(duì)106Inm和530. 5nm 的高反(HR)的膜。輸出耦合鏡4為平鏡，鍍膜參數(shù)為對(duì)106Inm的高反(HR)膜和530. 5nm的高透 (HT)膜。本實(shí)施例的光路組成在泵浦源1的光路前方依次設(shè)置光路耦合裝置6、輸入腔鏡 3、自變頻晶體2和輸出耦合鏡4。由于所采用自變頻晶體2的端面不鍍膜，所以激光腔鏡采用外加輸入腔鏡3和輸 出耦合鏡4構(gòu)成平平腔，將自變頻晶體2設(shè)置在該平平腔內(nèi)；如圖1所示，泵浦源1輸出光 前方順序設(shè)置耦合光路6、輸入腔鏡3、NdiGdCOB的自變頻晶體2、輸出耦合腔鏡4 ；泵浦光 以端面泵浦的方式，入射在自變頻晶體2的入射端面，當(dāng)泵浦光達(dá)到閾值時(shí)，實(shí)驗(yàn)獲得出射 激光7，即獲得530. 5nm自倍頻綠光激光輸出。該實(shí)例基本結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用于NchGdCOB晶體自和頻、自差頻和自參量振蕩激 光器上，只需要根據(jù)具體的目標(biāo)波長，更改晶體的切割方向和腔鏡膜的參數(shù)設(shè)計(jì)，這是本專 業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施例2參考圖2，制作一種基于NchGdCOB晶體的自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的泵浦源1、耦合部件6、自變頻晶體2、輸入腔鏡3和輸出耦合鏡4， 制作自變頻固體激光器的組成光路與實(shí)施例1相同。差別在于(1)該自變頻固體激光器既有獨(dú)立的輸入腔鏡和輸出耦合腔鏡，又在自變頻晶體 2兩端鍍上對(duì)泵浦光、基頻光和變頻光都增透的膜層8，以消除菲涅爾散射損耗。(2)將自變頻晶體2放置于晶體制冷控溫裝置13中，以水冷為冷卻散熱方式，以接 觸式紫銅熱沉晶體架為導(dǎo)熱媒介，同時(shí)固定晶體。，所述的耦合部件設(shè)置在所述的泵浦源與所述的輸入腔鏡之間，所述的耦合部件 為單一的耦合透鏡，或耦合透鏡組、實(shí)施例3參考圖3，制作一種基于NchGdCOB晶體的自變頻微片式固體激光器。本實(shí)施例采用的泵浦源1、自變頻晶體2、晶體制冷控溫裝置13，以及自變頻晶體2 安裝在制冷控溫裝置13中，其固體激光器的組成光路與實(shí)施例1相同。差別在于(1)去掉獨(dú)立的輸入腔鏡3，在自變頻晶體2輸入端面鍍對(duì)泵浦光高透，基頻光和 倍頻光高反的膜層9，作為輸入腔鏡；(2)去掉獨(dú)立的輸出耦合腔鏡4，在自變頻晶體2輸出端面鍍對(duì)基頻光高反和倍頻 光高透的膜10，作為輸出腔鏡。本實(shí)施例去掉外加腔鏡，直接將腔鏡膜鍍?cè)诰w兩端，大大簡化了激光器結(jié)構(gòu)，可 以稱之為“微片式”固體激光器。該激光器結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊、性能更加穩(wěn)定。該實(shí)例基 本結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用于NchGdCOB晶體自和頻、自差頻和自參量振蕩激光器上，只需要根據(jù) 具體的目標(biāo)波長，更改晶體的切割方向和腔鏡膜的參數(shù)設(shè)計(jì)，這是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)施例4參考圖4，制作一種基于NchGdCOB晶體的平凹腔微片式脈沖輸出自變頻固體激光
ο本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、激光諧振腔輸出腔鏡膜10，泵浦方式以及自變頻 固體激光器的組成光路與實(shí)施例3相同。差別在于(1)泵浦源1仍為半導(dǎo)體激光器，但發(fā)射波長改為885nm，輸出形式為脈沖形式，占 空比為50%。(2)Nd:GdCOB晶體的輸入腔鏡膜9的膜層參數(shù)為對(duì)泵浦光波長(885nm)的高透 (HT)膜、1061nm 禾口 530. 5nm 的高反(HR)膜。(3)自倍頻晶體2的通光面的截面加工成圓形，兩個(gè)端面直徑均為3mm，長度為 5mm，其中出射端面被加工成一定曲率(R = 200mm)的球面，并在該球面直接鍍上輸出腔鏡 膜，使自倍頻晶體的兩個(gè)端面形成了平凹型激光諧振腔，能夠提高激光輸出功率。當(dāng)泵浦光功率達(dá)到閾值后，可獲得出射激光7，即獲得530. 5nm附近脈沖形式的自 倍頻綠光激光輸出。該實(shí)例基本結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用于NchGdCOB晶體自和頻、自差頻和自參 量振蕩激光器上，只需要根據(jù)具體的目標(biāo)波長，更改晶體的切割方向和腔鏡膜的參數(shù)設(shè)計(jì)， 這是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施例5參考圖5，制作一種基于NchGdCOB晶體的雙凹腔微片式自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、激光諧振腔腔鏡膜9、10，泵浦方式以及本實(shí)施例 的自變頻晶體2安裝在制冷控溫裝置13中，其固體激光器的組成光路與實(shí)施例3相同差別在于(1)泵浦源1采用的是可調(diào)諧鈦寶石激光器，發(fā)射波長調(diào)節(jié)到808nm。(2)晶體通光面加工成圓形，端面直徑為3mm，長度為5mm，晶體的入射和出射兩個(gè) 端面都被加工成一定曲率(R = 200mm)的球面，然后再鍍上腔鏡膜層9、10，使晶體前后兩個(gè) 端面形成了雙凹型激光諧振腔，能夠提高激光輸出功率。在此實(shí)例中，泵浦源波長還可以選擇調(diào)節(jié)到802 815nm、830nm、868 887nm波 段附近，NdiGdCOB晶體在以上波長位置都有吸收，都可以實(shí)現(xiàn)晶體對(duì)泵浦光的吸收和自變 頻激光的發(fā)射。另外，入射端腔鏡膜層的參數(shù)設(shè)計(jì)要同時(shí)做相應(yīng)的改變。實(shí)施例6參考圖6，制作一種基于NchGdCOB晶體的平凸腔自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的泵浦源1、自變頻晶體2、泵浦方式以及自變頻固體激光器的組成 光路與實(shí)施例3相同。差別在于(1)晶體入射端腔鏡膜9的參數(shù)改為對(duì)泵浦光波長(808nm)的高透(HT)膜、 1060 1090nm和537. 5nm附近的高反(HR)膜(2)晶體的出射端面鍍對(duì)泵浦光波長(808nm)、1060 1090nm和537. 5nm附近的 高透過(HT)的膜8，然后在輸出端同軸放置曲率半徑為-1000mm、鍍有對(duì)808nm和1060 1090nm高反(HR)、對(duì)537. 5nm附近高透(HT)膜層的輸出耦合鏡4，形成平凸腔腔型。(3)晶體散熱裝置13采取TEC制冷控溫，仍通過接觸式紫銅熱沉晶體架為導(dǎo)熱媒 介，同時(shí)固定晶體。當(dāng)泵浦光功率達(dá)到閾值后，可獲得基頻光1060nm和1090nm的自和頻537. 5nm綠 光激光輸出。該實(shí)例基本結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用于NchGdCOB晶體自倍頻、自差頻和自參量振蕩 激光器上，只需要根據(jù)具體的目標(biāo)波長，更改晶體的切割方向和腔鏡膜的參數(shù)設(shè)計(jì)，這是本 專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施例7參考圖7，制作一種基于NchGdCOB晶體的側(cè)面泵浦自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、諧振腔兩腔鏡設(shè)計(jì)與實(shí)施例2相同。差別在于泵浦源1采用了閃光燈，泵浦方式為側(cè)面泵浦，外加聚光腔11高效率的 將泵浦光反射到激光晶體上，這是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)施的。實(shí)施例8參考圖8，制作一種基于NchGdCOB晶體的L型腔自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、輸出腔鏡設(shè)計(jì)與實(shí)施例2相同。差別在于(1)采用兩個(gè)相同的泵浦源1，這里采用半導(dǎo)體激光器，進(jìn)行雙端泵浦。(2)兩個(gè)相同的輸入腔鏡3、兩個(gè)相同的耦合部件6和一塊輸出耦合鏡4 ；兩個(gè)相 同的泵浦源1對(duì)稱設(shè)置在一條線上，兩個(gè)泵浦源1的中間光路上分別設(shè)置兩個(gè)耦合部件6， 在兩個(gè)相同的耦合部件6輸出光路中依次垂直設(shè)置一塊輸入腔鏡3、本實(shí)施例采用的泵浦源1、自變頻晶體2、泵浦方式以及自變頻固體激光器的組成 光路與實(shí)施例3相同。差別在于(1)晶體入射端腔鏡膜9的參數(shù)改為對(duì)泵浦光波長(808nm)的高透(HT)膜、 1060 1090nm和537. 5nm附近的高反(HR)膜(2)晶體的出射端面鍍對(duì)泵浦光波長(808nm)、1060 1090nm和537. 5nm附近的 高透過(HT)的膜8，然后在輸出端同軸放置曲率半徑為-1000mm、鍍有對(duì)808nm和1060 1090nm高反(HR)、對(duì)537. 5nm附近高透(HT)膜層的輸出耦合鏡4，形成平凸腔腔型。(3)晶體散熱裝置13采取TEC制冷控溫，仍通過接觸式紫銅熱沉晶體架為導(dǎo)熱媒 介，同時(shí)固定晶體。當(dāng)泵浦光功率達(dá)到閾值后，可獲得基頻光1060nm和1090nm的自和頻537. 5nm綠 光激光輸出。該實(shí)例基本結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用于NchGdCOB晶體自倍頻、自差頻和自參量振蕩 激光器上，只需要根據(jù)具體的目標(biāo)波長，更改晶體的切割方向和腔鏡膜的參數(shù)設(shè)計(jì)，這是本 專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施例7參考圖7，制作一種基于NchGdCOB晶體的側(cè)面泵浦自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、諧振腔兩腔鏡設(shè)計(jì)與實(shí)施例2相同。差別在于泵浦源1采用了閃光燈，泵浦方式為側(cè)面泵浦，外加聚光腔11高效率的 將泵浦光反射到激光晶體上，這是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)施的。
實(shí)施例8參考圖8，制作一種基于NchGdCOB晶體的L型腔自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的自變頻晶體2、輸出腔鏡設(shè)計(jì)與實(shí)施例2相同。差別在于(1)采用兩個(gè)相同的泵浦源1，這里采用半導(dǎo)體激光器，進(jìn)行雙端泵浦。(2)兩個(gè)相同的輸入腔鏡3、兩個(gè)相同的耦合部件6和一塊輸出耦合鏡4 ；兩個(gè)相 同的泵浦源1對(duì)稱設(shè)置在一條線上，兩個(gè)泵浦源1的中間光路上分別設(shè)置兩個(gè)耦合部件6， 在兩個(gè)相同的耦合部件6輸出光路中依次垂直設(shè)置一塊輸入腔鏡3、自變頻晶體2和另一塊 輸入腔鏡3，該輸入腔鏡3傾斜45°設(shè)置；輸入腔鏡3與實(shí)施例2相同，右端輸入腔鏡3為 45°泵浦光高透、基頻光和倍頻光高反鏡，形成L腔型。實(shí)施例9參考圖9，制作一種基于NchGdCOB晶體的V型腔自變頻固體激光器。本實(shí)施例采用的泵浦源1、耦合部件6、自變頻晶體2、晶體控溫系統(tǒng)13、輸入腔鏡 3和輸出耦合鏡4鍍膜參數(shù)與實(shí)施例2相同。差別在于輸入腔鏡3和輸出耦合鏡4都采用曲率半徑為200mm的凹面鏡，并且另 外增加折疊腔鏡15，與輸入腔鏡3和輸出耦合鏡4放置形成V型激光諧振腔。實(shí)施例10參考圖10，制作一種基于NchGdCOB晶體的自變頻調(diào)Q固體激光器。本實(shí)施例采用的泵浦源1、耦合部件6、自變頻晶體2、晶體控溫系統(tǒng)13、輸入腔鏡 3和輸出耦合鏡4、整個(gè)光路組成與實(shí)施例2相同。差別在于輸出耦合鏡4放置位置后移，增加激光諧振腔腔長，激光諧振腔內(nèi)加入 聲光Q開關(guān)12進(jìn)行調(diào)Q。可以得到脈沖形式的激光輸出，從而實(shí)現(xiàn)提高峰值功率的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，包括自變頻晶體、泵浦源和激 光諧振腔，其特征在于所述的自變頻晶體為NdxGdhCa4O(BO3)3，其中χ = 0. 001 0. 2， 該自變頻晶體的切割方向沿著垂直于該晶體變頻相位匹配方向切割，兩個(gè)通光端面拋光處 理；所述的泵浦源為波長在802 815nm、830nm、或者868 887nm波段的激光器；所述的 激光諧振腔對(duì)基頻光實(shí)現(xiàn)全反饋，對(duì)變頻光實(shí)現(xiàn)全輸出；其中，所述的泵浦源輸出光路前方 設(shè)置激光諧振腔，在激光諧振腔中安置所述自變頻晶體，泵浦方式為端面泵浦方式或側(cè)面 泵浦方式。
2.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 還包括一耦合部件，所述的耦合部件設(shè)置在所述的泵浦源與所述的輸入腔鏡之間，所述的 耦合部件為單一的耦合透鏡，或耦合透鏡組。
3.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 還包括一用于NdxGdhCii4O(BO3)3自變頻晶體冷卻的制冷控溫裝置，所述的制冷控溫裝置為 水冷、或者半導(dǎo)體TEC制冷系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的激光諧振腔有三種類型(1)所述的激光諧振腔由獨(dú)立的輸入腔鏡和輸出腔鏡構(gòu)成，其中自倍頻晶體兩端不鍍 或鍍上對(duì)泵光、基頻光和變頻光都增透的膜層；(2)所述的激光諧振腔由在自倍頻晶體輸入端面直接鍍激光腔鏡膜作為輸入腔鏡，和 自倍頻晶體輸出光的光路上設(shè)置一輸出腔鏡構(gòu)成；或在自倍頻晶體的輸出端面鍍上對(duì)泵 光、基頻光和變頻光都增透的膜層；(3)所述的激光諧振腔由直接在激光晶體的兩個(gè)端面都鍍上激光腔鏡膜構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的輸入腔鏡或者所述的自倍頻晶體輸入端面所鍍?cè)鐾傅哪邮菍?duì)泵浦光高透，基頻光 和倍頻光高反；所述的輸出腔鏡或者所述的自倍頻晶體輸出端面鍍膜是對(duì)基頻光高反和倍 頻光高透的膜層，或者除對(duì)基頻光高反和倍頻光高透外，還對(duì)泵浦光高反的膜層。
6.如權(quán)利要求4所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的激光諧振腔還包括折疊腔，所述的折疊腔為L型腔或V型腔。
7.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的NdxGdhfe4O(BO3)3自變頻晶體沿著垂直于主平面上、或者空間上變頻的最佳相位匹 配方向切割，并對(duì)垂直于此方向的兩個(gè)通光端面進(jìn)行拋光處理；其中，所述的通光端面的截 面為圓形、矩形或橢圓形，通光方向厚度為0. 1 20mm。
8.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的泵浦源是閃光燈、單管或者模塊形式的半導(dǎo)體激光器、光纖激光器或者可調(diào)諧鈦寶 石激光器；還包括采用調(diào)Q，鎖模通用激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的激光器；泵浦源的輸出形式是連續(xù)輸 出或是脈沖輸出；泵浦方式為端面泵浦方式或側(cè)面泵浦方式。
9.如權(quán)利要求1所述的基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，其特征在于 所述的激光諧振腔的輸入腔鏡和輸出腔鏡的曲率、或者晶體輸入端面和輸出端面直接加工 的曲率在士⑴到士50mm之間，從而實(shí)現(xiàn)平平腔、平凹腔、平凸腔、凹凸腔、凹凹腔或凸凸腔 的不同腔型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于摻釹硼酸鈣氧釓晶體的自變頻固體激光器，包括一組成為NdxGd1-xCa4O(BO3)3，其中x＝0.001～0.2的自變頻晶體、泵浦源和激光諧振腔；該自變頻晶體的切割方向沿著垂直于該晶體變頻相位匹配方向切割，兩個(gè)通光端面拋光處理；泵浦源為波長在802～815nm、830nm、或者868～887nm波段的激光器；激光諧振腔對(duì)基頻光實(shí)現(xiàn)全反饋，對(duì)變頻光實(shí)現(xiàn)全輸出；其中，所述的泵浦源輸出光路前方設(shè)置激光諧振腔，在激光諧振腔中安置所述自變頻晶體，泵浦方式為端面泵浦方式或側(cè)面泵浦方式。通過確定該晶體在不同基頻波長處的變頻最佳相位匹配方向，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的激光腔鏡膜透過率，而獲得不同基頻光的自倍頻、自和頻、自差頻或自參量振蕩的激光輸出。該固體激光器具有小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01S3/06GK102074887SQ20101014456
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者于浩海, 宗楠, 張懷金, 彭欽軍, 王保山, 王正平, 王繼揚(yáng), 蔣民華, 許祖彥, 韓琳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 山東大學(xué)