專利名稱：小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器，特別是一種I. 5微米小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外已經(jīng)有關(guān)于固體人眼安全激光器的報道，他們主要采取三種方式來實(shí)現(xiàn)其一是LD泵浦的館玻璃激光器(Spectral and temporal properties ofdiode-pumped Er,Yb glass laser,《Optics Communications》，Vol. 252,2005, 301-306)；其二是米取參量振蕩器的方式(High-repetition-rate, intracavity-pumped KTP ΟΡΟat 1572nm，《Applied Physics B》，Vol. 80，2005，329-332);其三是利用受激拉曼散射(Compact efficient all-solid-state eye-safe laser with self-frequency Ramanconversion in a Nd: YV04crystal, ((Optics Letters》，Vol. 29，2004，2171-2174)。其中，Er玻璃激光器材料制作困難，基質(zhì)玻璃材料的低熱導(dǎo)系數(shù)限制重復(fù)頻率，不適合高頻應(yīng)用； 而受激拉曼散射屬于三階非線性效應(yīng)，與參量振蕩(0P0)相比，它無需相位匹配，并且其輸出光束質(zhì)量好，轉(zhuǎn)化效率高，可以在較高重復(fù)頻率下工作。因此近年來，利用受激拉曼散射的方式獲得I. 5m人眼安全波段激光輸出受到人們越來越多的關(guān)注。但目前利用受激拉曼散射(SRS)獲得I. 5m人眼安全激光輸出需要基頻光具有高的峰值功率以達(dá)到SRS閾值，因此目前已有的文獻(xiàn)報道中基頻光均采用了脈沖光，且均為采用聲光或電光的主動調(diào)Q結(jié)構(gòu)。主動調(diào)Q結(jié)構(gòu)雖然可以獲得穩(wěn)定的脈沖輸出，得到受激拉曼散射所需的較高的峰值功率，但一方面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，聲光或電光器件的引入增加了諧振腔的長度，從而使諧振腔設(shè)計更加困難；另一方面聲光和電光器件其本身價格昂貴且需要單獨(dú)的電源驅(qū)動，增加了激光器的成本，并且使激光器笨重，不利于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以實(shí)現(xiàn)體積小，功率高，轉(zhuǎn)換效率高且結(jié)構(gòu)緊湊，功能穩(wěn)定的人眼安全激光器，本發(fā)明提供一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透鏡系統(tǒng)、激光晶體、拉曼晶體、后腔鏡和輸出鏡，其特征在于泵浦源位于耦合透鏡系統(tǒng)之前，耦合透鏡系統(tǒng)之后放置由后腔鏡和輸出鏡組成的諧振腔；諧振腔內(nèi)依次放置激光晶體、拉曼晶體；激光晶體和拉曼晶體均由銦箔包裹并被固定在帶有水冷或半導(dǎo)體制冷裝置的銅塊內(nèi)，由制冷裝置對其進(jìn)行恒溫控制；其中泵浦源是輸出波長為808nm或880nm的光纖耦合輸出的激光二極管，泵浦方式是端面泵浦；激光晶體兩個端面均鍍有對波長為1064nm，1300_1550nm的增透膜，前端面加鍍對808nm和880nm的增透膜；拉曼晶體兩端面均鍍1300_1550nm的增透膜；后腔鏡鍍有對波長808nm、880nm以及1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；輸出鏡鍍有對波長1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；上述的高反膜其反射率均大于99. 9%。所述的激光晶體是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的以下諸晶體中的一種釔鋁石榴石(YAG)、釩酸釔(YVO4)、釩酸釓(GdVO4)、釩酸镥(LuVO4)、氟化釔鋰(YLF)、鋁酸釔(YAP)、釓鎵石榴石(GGG)、鎢酸釓鉀(KGd(WO4)2);或者是鍵合晶體釔鋁石榴石/摻釹釔鋁石榴石(￥八6/制:￥46)、釩酸釔/摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04)諸晶體中的一種；或者是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的YAG陶瓷；激光晶體的摻雜濃度當(dāng)摻釹時為O. 05-at. %至3_at. % ;摻鐿時為O. 05-at. %至10-at. %。激光晶體作用是產(chǎn)生拉曼轉(zhuǎn)換所需的基頻光。所述的拉曼晶體是YVO4、GdVO4、SrffO4、BaffO4、KGd (WO4) 2晶體中的一種，拉曼晶體作用是將激光晶體產(chǎn)生的I. 3微米的基頻光轉(zhuǎn)化到I. 5微米人眼安全波段的激光。 所述的后腔鏡是平面鏡或是凹面鏡；輸出鏡是平面鏡。上述激光晶體和拉曼晶體可以是同一塊晶體，即固定為C-切的摻雜有釹離子的YVO4晶體或是鍵合晶體YVO4-Nd = YVO4-YVO4Aic的摻雜濃度為O. 05-at. %至3_at. %。上述的冷卻系統(tǒng)有兩種方式循環(huán)水冷卻——晶體側(cè)面均用帶有管道的金屬塊包住，金屬塊的管道內(nèi)持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來給晶體降低溫度；半導(dǎo)體制冷一晶體側(cè)面被半導(dǎo)體制冷塊包圍。本發(fā)明中后腔鏡和輸出鏡的曲率半徑可根據(jù)實(shí)際情況選擇。本發(fā)明中的所有晶體的長度均可以根據(jù)具體要求進(jìn)行選?。痪w的端面面積可以根據(jù)諧振腔內(nèi)激光光束尺寸的面積來確定。由于連續(xù)拉曼激光器要求諧振腔鏡對基頻光和拉曼光的反射率非常高，本發(fā)明中后腔鏡和輸出鏡對基頻光和拉曼光反射率要在99. 9%以上方可實(shí)現(xiàn)有效的I. 5um連續(xù)波拉曼激光輸出。激光器的工作流程如下激光二極管LD發(fā)出的波長為808nm或880nm的泵浦光經(jīng)光纖耦合透鏡系統(tǒng)和后腔鏡后進(jìn)入激光增益介質(zhì)，由于諧振腔后腔鏡與輸出鏡均鍍有對基頻光和拉曼光的高反膜，因此腔內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高的基頻光功率密度，達(dá)到拉曼轉(zhuǎn)換閾值?；l光經(jīng)拉曼晶體的三階斯托克斯效應(yīng)轉(zhuǎn)換為拉曼光，并由輸出鏡輸出。本發(fā)明提出了一種新型的小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、高轉(zhuǎn)換效率的連續(xù)波I. 5m人眼安全全固態(tài)拉曼激光器設(shè)計方案。本發(fā)明激光頭的體積為IOcmX IOcmX 20cm左右，與背景資料中的激光器相比體積小，成本低，效率高，光-光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5%以上，輸出功率可達(dá)1W，且性能穩(wěn)定。


圖I是本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.泵浦源,2.光纖,3. I禹合透鏡系統(tǒng),4.后腔鏡,5.激光晶體,6.拉曼晶體，
7.輸出鏡。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本發(fā)明實(shí)施例I如圖I所示，包括泵浦源I、耦合透鏡系統(tǒng)3、激光晶體5、拉曼晶體6、后腔鏡4和輸出鏡7，其特征在于泵浦源I位于耦合透鏡系統(tǒng)3之前，耦合透鏡系統(tǒng)3之后放置由后腔鏡4和輸出鏡7組成的諧振腔；諧振腔內(nèi)依次放置激光晶體5、拉曼晶體6 ；激光晶體5和拉曼晶體6均由銦箔包裹并被固定在帶有水冷裝置的銅塊內(nèi)，由制冷裝置對其進(jìn)行恒溫控制，其溫度在產(chǎn)生激光的整個過程中保持在20°C。；其中泵浦源I是輸出波長為808nm的光纖耦合輸出的激光二極管，泵浦方式是端面泵浦；激光晶體兩個端面均鍍有對波長為1064nm，1300_1550nm的增透膜，前端面加鍍對808nm和880nm的增透膜；拉曼晶體兩端面均鍍1300_1550nm的增透膜；后腔鏡鍍有對波長808nm、880nm以及1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；輸出鏡鍍有對波長1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；上述的高反膜其反射率均大于99. 9%。其中后腔鏡4的曲率半徑為1000mm，鍍有對波長808nm，1064nm的高透膜和對波長1300-1500nm的高反膜，其對1319nm反射率為99. 996%，對1503nm反射率為99. 994% ;輸出鏡7鍍有對波長1064nm的高透膜，對波長1319nm的高反膜，其反射率為99. 996%，并鍍有對波長1503nm的高反膜，其反射率為99. 99%。所述的激光晶體5是Nd = YAG晶體，釹的摻雜濃度為O. 8_at. %。
所述的拉曼晶體6是BaWO4晶體。激光器的工作流程如下激光二極管LD泵浦源I發(fā)出的波長為808nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡系統(tǒng)3和后腔鏡4后進(jìn)入Nd = YAG激光晶體5，并產(chǎn)生1319nm的基頻光，由于耦合腔后腔鏡和輸出鏡均鍍有對1319nm的高反膜，因此腔內(nèi)可獲得高的1319nm基頻光功率密度，從而可在BaWO4拉曼晶體6中實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換，獲得1503nm的人眼安全拉曼光，并由輸出鏡7輸出。實(shí)施例2 與實(shí)施例I相同，只是所述的激光二極管LD泵浦源I為880nm激光二極管、激光晶體5和拉曼晶體6由同一塊Nd = YVO4晶體5實(shí)現(xiàn)。所述的后腔鏡4的曲率半徑為500mm ;所 述的后腔鏡4和輸出鏡7均鍍有對1064nm高透膜，后腔鏡4同時鍍對880nm高透膜，并鍍對1342nm和1525nm高反膜，其對1342nm反射率為99. 996 %，對1525nm反射率為99. 994%;所述的輸出鏡7鍍有對1342nm和1525nm高反膜，其對1342nm反射率為99. 996%，對1525nm反射率為99. 99%;所述的Nd = YVO4晶體5的摻雜濃度為O. 4%，長度為15mm，其前端面加鍍對880nm的增透膜。激光器的工作流程如下激光二極管LD泵浦源I發(fā)出的波長為880nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡系統(tǒng)3和后腔鏡4后進(jìn)入Nd = YVO4激光晶體5，并產(chǎn)生1342nm的基頻光，由于耦合腔后腔鏡和輸出鏡均鍍有對1342nm的高反膜，因此腔內(nèi)可獲得高的1342nm基頻光功率密度，1342nm基頻光經(jīng)過Nd = YVO4晶體時，由于Nd: YVO4同時作為拉曼介質(zhì)，因此高功率密度的1342nm基頻光經(jīng)Nd = YVO4晶體可實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生1525nm的人眼安全拉曼光，拉曼光由輸出鏡7輸出。實(shí)施例3 與實(shí)施例2相同，只是所述的Nd: YVO4晶體5由鍵合晶體YVO4-Nd: YVO4-YVO4實(shí)現(xiàn)。所述的鍵合晶體YVO4-Nd = YVO4-YVO4尺寸為3X3X (2+8+15) ；Nd3+摻雜濃度為O. 6%，其前端面加鍍對880nm的增透膜。激光器的工作流程如下激光二極管LD泵浦源I發(fā)出的波長為880nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡系統(tǒng)3和后腔鏡4后進(jìn)入YVO4-Nd = YVO4-YVO4鍵合晶體5，并產(chǎn)生1342nm的基頻光，由于耦合腔后腔鏡和輸出鏡均鍍有對1342nm的高反膜，因此腔內(nèi)可獲得高的1342nm基頻光功率密度，1342nm基頻光經(jīng)過YVO4-Nd:YVO4-YVO4鍵合晶體時，由于YVO4同時作為拉曼介質(zhì)，因此高功率密度的1342nm基頻光經(jīng)YVO4晶體可實(shí)現(xiàn)拉曼轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生1525nm的人眼安全拉曼光，拉曼光由輸出鏡7輸出。上述三個實(shí)施例中的光纖2的纖芯直徑為400 μ m，數(shù)值孔徑為O. 22，最高輸出功率為32W。輸出鏡7均為平鏡。并且所有晶體均有水冷裝置確 保實(shí)驗(yàn)過程中溫度保持在20。。。
權(quán)利要求
1.一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透鏡系統(tǒng)、激光晶體、拉曼晶體、后腔鏡和輸出鏡，其特征在于泵浦源位于耦合透鏡系統(tǒng)之前，耦合透鏡系統(tǒng)之后放置由后腔鏡和輸出鏡組成的諧振腔；諧振腔內(nèi)依次放置激光晶體、拉曼晶體；激光晶體和拉曼晶體均由銦箔包裹并被固定在帶有水冷或半導(dǎo)體制冷裝置的銅塊內(nèi)，由制冷裝置對其進(jìn)行恒溫控制； 其中泵浦源是輸出波長為808nm或880nm的光纖耦合輸出的激光二極管，泵浦方式是端面泵浦；激光晶體兩個端面均鍍有對波長為1064nm，1300_1550nm的增透膜，前端面加鍍對808nm和880nm的增透膜；拉曼晶體兩端面均鍍1300_1550nm的增透膜；后腔鏡鍍有對波長808nm、880nm以及1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；輸出鏡鍍有對波長1064nm的高透膜和對波長1300_1550nm的高反膜；上述的高反膜其反射率均大于99. 9%。
2.如權(quán)利要求I所述的一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，其特征在于所述的激光晶體是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的以下諸晶體中的一種釔鋁石榴石(YAG)、釩酸釔(YVO4)、釩酸釓(GdVO4)、釩酸镥(LuVO4)、氟化釔鋰(YLF)、鋁酸釔(YAP)、釓鎵石榴石(GGG)、鎢酸釓鉀(KGd(WO4)2);或者是鍵合晶體釔鋁石榴石/摻釹釔鋁石榴石(￥46/_:￥46)、釩酸釔/摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04)諸晶體中的一種；或者是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的YAG陶瓷；激光晶體的摻雜濃度當(dāng)摻釹時為O. 05-at. %至3-at. % ;摻鐿時為O. 05-at. %至10_at. %。
3.如權(quán)利要求I所述的一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，其特征在于所述的拉曼晶體是YV04、GdV04、SrW04、BaW04、KGd (WO4) 2晶體中的一種，拉曼晶體作用是將激光晶體產(chǎn)生的I. 3微米的基頻光轉(zhuǎn)化到I. 5微米人眼安全波段的激光。
4.如權(quán)利要求I所述的一種小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，其特征在于所述的后腔鏡是平面鏡或是凹面鏡；輸出鏡是平面鏡。
全文摘要
小型化連續(xù)波人眼安全拉曼激光器，屬于固體激光器領(lǐng)域，包括泵浦源、耦合透鏡系統(tǒng)、激光晶體、拉曼晶體、后腔鏡和輸出鏡，其特征在于泵浦源位于耦合透鏡系統(tǒng)之前，耦合透鏡系統(tǒng)之后放置由后腔鏡和輸出鏡組成的諧振腔；諧振腔內(nèi)依次放置激光晶體、拉曼晶體；激光晶體和拉曼晶體均由銦箔包裹并被固定在帶有水冷或半導(dǎo)體制冷裝置的銅塊內(nèi)，由制冷裝置對其進(jìn)行恒溫控制；本發(fā)明利用LD端面泵浦激光晶體產(chǎn)生基頻光，設(shè)計諧振腔對基頻光和拉曼光合適的反射率，保證腔內(nèi)基頻光高功率密度，基頻光經(jīng)拉曼晶體后轉(zhuǎn)為拉曼光，拉曼光的輸出在人眼安全波段。該激光器具有體積小，性能穩(wěn)定，功率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號H01S3/30GK102761051SQ201110108508
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者叢振華, 劉兆軍, 張行愚, 李平, 李雷, 王青圃, 范書振, 陳曉寒 申請人:山東大學(xué)