專(zhuān)利名稱(chēng)：一種人眼安全波段可調(diào)諧超短脈沖激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種波長(zhǎng)為1. 5 1. 8 μ m的超短脈沖組合式激光裝置，尤其是一種人眼安全波段可調(diào)諧超短脈沖激光裝置。
背景技術(shù)：
目前，激光技術(shù)的應(yīng)用取得了廣泛的進(jìn)展，特別是在人們的日常生活和身體健康方面，激光技術(shù)和設(shè)備受到了很大的重視，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，通常獲得人眼安全波段1. 5 1. 8 μ m波長(zhǎng)的激光主要是通過(guò)激光晶體直接產(chǎn)生或非線性光學(xué)頻率變換兩種方式，而現(xiàn)有的晶體種類(lèi)中能輻射該波段的激光晶體普遍存在激光閾值高和較高的激活離子濃度導(dǎo)致的高熱負(fù)荷問(wèn)題，嚴(yán)重限制了激光器的性能開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代中期，同步泵浦皮秒和飛秒光參量振蕩器成為獲得紅外波段超短脈沖激光的研究熱點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光的這種方法已經(jīng)產(chǎn)品規(guī)?；蜕虡I(yè)化，美國(guó)Coherent公司銷(xiāo)售的皮秒型號(hào)可擴(kuò)展鈦寶石激光器系統(tǒng)由連續(xù)綠光激光器、連續(xù)鎖模Ti sapphire激光器和光參量振蕩器三部分組成，這些激光器具的售價(jià)已超過(guò)25萬(wàn)美元左右。SESAM(半導(dǎo)體可飽和吸收鏡) 是目前最成功的用于被動(dòng)鎖模的可飽和吸收體，由于存在光損傷閾值低的瓶頸問(wèn)題，限制了它在較高功率激光器中的應(yīng)用；而且從文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，目前尚未見(jiàn)有成熟的針對(duì)1. 5 1. 8 μ m的人眼安全波段的SESAM的使用和開(kāi)發(fā)成產(chǎn)品；歸結(jié)起來(lái)，現(xiàn)有的激光設(shè)備與技術(shù)普遍存在著激光器體積龐大，造價(jià)高，激光閾值高，激光離子濃度大，熱負(fù)荷大，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可飽和吸收體制備工藝?yán)щy，應(yīng)用范圍小等突出缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)制備一種波長(zhǎng)在 1. 5 1. 8μπι內(nèi)的人眼安全波段可調(diào)諧超短脈沖激光裝置，屬于一種新型的人眼安全超短脈沖激光器技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括腔鏡、激光晶體、群速度失配補(bǔ)償器件、光闌、相位失配補(bǔ)償器件、非線性晶體、三向色腔鏡、二極管激光器、驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)和冷卻裝置；兩個(gè)腔鏡分別置于同一水平面內(nèi)，其中心對(duì)應(yīng)連線上分別間隔距離置有激光晶體、 群速度失配補(bǔ)償器件、光闌和相位失配補(bǔ)償器件，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡中心線下側(cè)分別斜向置有非線性晶體和三向色腔鏡，激光晶體的側(cè)面置有二極管激光器和冷卻裝置，二極管激光器由驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)控制；兩個(gè)腔鏡之間的水平距離Ll = 10 2000mm，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡與三向色腔鏡之間的中心線距離L2 = 10 IOOOmm ；采用二極管激光器泵浦激光晶體，產(chǎn)生1.06 μ m基波振蕩，將基于1.06μπι— 1.57 μ m+3. ^ym參量過(guò)程的非線性晶體與三向色腔鏡(HR@1.06/3. 26ym&PTil.57ym)相結(jié)合，利用光波正反方向通過(guò)非線性晶體的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鎖模激光振蕩，通過(guò)對(duì)非線性晶體的調(diào)諧，獲得1. 5 1.8 μ m波段可調(diào)諧超短脈沖激光；所設(shè)置的光闌、相位失配補(bǔ)償器件和群速度失配補(bǔ)償片器件作為輔助激光器件；鎖模激光振蕩包括連續(xù)鎖模激光振蕩和調(diào)Q鎖模激光振蕩；所用的激光晶體包括Nd:YV04、Yb: YAG和Nd:YAG能輻射1. 0 μ m波段的激光晶體；非線性晶體包括 KTP、KTA、LB0、ΒΒ0,是在 1. 0 1. 1 μ m，1. 5 1. 8 μ m，3. 2 μ m 2. 6 μ m 三個(gè)波段透明的雙折射相位匹配晶體；非線性晶體的調(diào)諧包括角度調(diào)諧、溫度調(diào)諧、更換晶體和使用室溫下1.06μπι— 1.80 μ m+2. 57 μ m多種參量變換過(guò)程的非線性晶體；三向色腔鏡包括 HRil. 06/2. 57 μ m&PTil. 80 μ m的多種膜參數(shù)的腔鏡；二極管激光器泵浦激光晶體的泵浦方式包括端面泵浦方式和側(cè)向泵浦方式；激光腔結(jié)構(gòu)包括直腔和Z型折疊腔；通過(guò)改變腔鏡的鍍膜參數(shù)，即可獲得波長(zhǎng)在1. 5 1. 8 μ m的人眼安全波段的超短脈沖激光。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其非線性晶體既是超短脈沖激光的鎖模器件，又是產(chǎn)生人眼安全激光的光源，技術(shù)路線不同于現(xiàn)有的商業(yè)化產(chǎn)品，也不需要制備復(fù)雜的可飽和吸收體，不需要外界啟動(dòng)，不需要對(duì)腔長(zhǎng)精確控制，采用成熟的1. 06 μ m基波光源和雙折射相位匹配晶體，利用非線性晶體的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鎖模振蕩，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總體積小，造價(jià)低，激光閾值低，激光離子濃度小，應(yīng)用前景好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明裝置的組裝結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括腔鏡1、激光晶體2、群速度失配補(bǔ)償器件3、光闌4、相位失配補(bǔ)償器件5、腔鏡6、非線性晶體7、三向色腔鏡8、驅(qū)動(dòng)電源9、二極管激光器10和冷卻裝置11 ；其中Ll為腔鏡1和腔鏡6之間的長(zhǎng)度，L2為腔鏡6和三向色腔鏡8之間的長(zhǎng)度。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括腔鏡1和6、激光晶體2、群速度失配補(bǔ)償器件3、光闌4、 相位失配補(bǔ)償器件5、非線性晶體7、三向色腔鏡8、驅(qū)動(dòng)電源9、二極管激光器10和冷卻裝置11 ；腔鏡1和腔鏡6置于同一水平面內(nèi)，其中心對(duì)應(yīng)線上分別順序置有激光晶體2、群速度失配補(bǔ)償器件3、光闌4和相位失配補(bǔ)償器件5，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡6中心線下側(cè)分別斜向置有線性晶體7和三向色腔鏡8，激光晶體2的側(cè)面分別置有二極管激光器10和冷卻裝置11，二極管激光器10由驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)9控制；腔鏡1和腔鏡6之間的水平距離Ll = 10 2000mm，腔鏡6與三向色腔鏡8之間的中心線線距離L2 = 10 IOOOmm ；采用二極管激光器泵浦激光晶體，產(chǎn)生1. 06 μ m基波振蕩，將基于1. 06 μ m — 1. 57 μ m+3. 26 μ m參量過(guò)程的非線性晶體7與三向色腔鏡8 (HR@1. 06/3. 26ymm&PTil. 57 μ m)相結(jié)合，利用光波正反方向通過(guò)非線性晶體7的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鎖模激光振蕩，通過(guò)對(duì)非線性晶體7的調(diào)諧，獲得1. 5 1. 8 μ m波段可調(diào)諧超短脈沖激光；所設(shè)置的光闌4、相位失配補(bǔ)償器件5 和群速度失配補(bǔ)償器件3作為輔助激光器件；鎖模激光振蕩包括連續(xù)鎖模激光振蕩和調(diào)Q 鎖模激光振蕩；所用的激光晶體2包括Nd:YV04Jb:YAG和Nd:YAG能輻射Ι.Ομπι波段的激光晶體；非線性晶體7包括KTP、KTA、LBO、BBO，是在1. 0 1. 1 μ m，1. 5 1. 8 μ m，3. 2 μ m 2. 6 μ m三個(gè)波段透明的雙折射相位匹配晶體；非線性晶體7的調(diào)諧包括角度調(diào)諧、溫度調(diào)諧、更換晶體和使用室溫下1. 06 μ m — 1. 8 μ m+2. 57 μ m多種參量變換過(guò)程的非線性晶體； 三向色腔鏡8包括HR@1. 06/2. 57 μ m&PTil. 8ym的多種膜參數(shù)的腔鏡；二極管激光器泵浦激光晶體的泵浦方式包括端面泵浦方式和側(cè)向泵浦方式；通過(guò)改變腔鏡的鍍膜參數(shù)，即可獲得波長(zhǎng)在1. 5 1. 8 μ m的人眼安全波段的超短脈沖激光。實(shí)施例1 本實(shí)施例制作一臺(tái)重復(fù)頻率為100MHz，脈沖寬度為20ps，波長(zhǎng)為1. 50 1. 57 μ m 的激光裝置，其腔鏡1為曲率半徑800mm的平凹鏡且HR@1. 06/1. 50 1.57/3. 26 3. 61 μ m，激光晶體2為Nd: YAG模塊，二極管激光器10的輸出波長(zhǎng)為808nm，冷卻系統(tǒng)11為激光晶體的冷卻水及其控制系統(tǒng)，腔鏡6為曲率半徑600mm的平凹鏡且 HRil. 06/1. 50 1. 57/3. 26 3. 61 μ m,調(diào)整 Ll 為 1050mm, L2 為 450mm,非線性晶體 7 為多塊室溫25°C的II類(lèi)非臨界相位匹配晶體KTP，分別對(duì)應(yīng)1. 06 μ m — 1. 57 μ m+3. 26 μ m到 1· 06 μ m — 1· 50 μ m+3. 61 μ m多個(gè)參量過(guò)程，三向色腔鏡8為平面鏡且HR01· 06 μ m/3. 26 3. 61 μ m&T = 3% il. 57 1. 50 μ m，光闌4的位置和孔徑依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，群速度失配補(bǔ)償器件3和相位失配補(bǔ)償器件5的參數(shù)依據(jù)振蕩光波的頻率確定，群速度失配補(bǔ)償器件3和相位失配補(bǔ)償器件5的位置依據(jù)具體情況確定；本實(shí)施例的激光晶體2還包括 NdiYVO4, Nd:YLF, NdiGdVO4 或 Yb:YAG ；非線性晶體 7 為 KTA、KDP、LBO 或 BBO 晶體；對(duì)激光晶體的泵浦方式或?yàn)槎嗣姹闷址绞?。?shí)施例2:本實(shí)施例制作一臺(tái)重復(fù)頻率為160MHz，脈沖寬度為60fs，波長(zhǎng)為1. 60 1. 70 μ m 的可調(diào)諧激光裝置，其激光晶體2為T(mén)i=Al2O3晶體，采用端面泵浦方式，泵浦光波長(zhǎng)為 532nm,腔鏡1為平面鏡且AR@532nm&HR@800 850nm/l. 60 1. 70 μ m,腔鏡6為曲率半徑200mm的平凹鏡并且HR0800 850nm&T = 301. 60-1. 70 μ m，非線性晶體7為多塊LBO 晶體，分別對(duì)應(yīng) 0. 80 μ m — 1. 60 μ m+1. 60 μ m 到 0. 85 μ m — 1. 70 μ m+1. 70 μ m 多個(gè)參量過(guò)程，三向色腔鏡8為平面鏡且HR0800 850nm&l. 60 1. 70 μ m, 1. 60 1. 70 μ m波段超短脈沖激光由腔鏡6輸出，Ll長(zhǎng)度為800mm，L2長(zhǎng)度為115mm，光闌4的位置和孔徑依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，群速度失配補(bǔ)償器件3和相位補(bǔ)償器件5的參數(shù)依據(jù)振蕩光波的頻率確定，兩個(gè)補(bǔ)償器件的位置依據(jù)具體情況確定；本實(shí)施例的激光晶體2或?yàn)镃r = LiSAF和 C^Forsterite，不同的激光晶體分別對(duì)應(yīng)不同的非線性晶體和不同的參量變換過(guò)程，采用不同的泵浦光源并相應(yīng)改變腔鏡的鍍膜參數(shù)。本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)9、二極管激光器10和冷卻裝置11采用常規(guī)的市售產(chǎn)品，其激光腔的結(jié)構(gòu)選擇直腔，也可以選擇Z型折疊腔結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種人眼安全波段可調(diào)諧超短脈沖激光裝置，主體結(jié)構(gòu)包括腔鏡、激光晶體、群速度失配補(bǔ)償器件、光闌、相位失配補(bǔ)償器件、非線性晶體、三向色腔鏡、二極管激光器、驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)和冷卻裝置，其特征在于兩個(gè)腔鏡分別置于同一水平面內(nèi)，其中心對(duì)應(yīng)連線上分別間隔距離置有激光晶體、群速度失配補(bǔ)償器件、光闌和相位失配補(bǔ)償器件，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡中心線下側(cè)分別斜向置有非線性晶體和三向色腔鏡，激光晶體的側(cè)面置有二極管激光器和冷卻裝置，二極管激光器由驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)控制；兩個(gè)腔鏡之間的水平距離Ll = 10 2000mm，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡與三向色腔鏡之間的中心線距離L2 = 10 IOOOmm ；采用二極管激光器泵浦激光晶體，產(chǎn)生1.06 μ m基波振蕩，將基于1.06μπι— 1.57 μ m+3. 26 μ m 參量過(guò)程的非線性晶體與三向色腔鏡相結(jié)合，利用光波正反方向通過(guò)非線性晶體的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鎖模激光振蕩，通過(guò)對(duì)非線性晶體的調(diào)諧，獲得1.5 1.8μπι波段可調(diào)諧超短脈沖激光；所設(shè)置的光闌、相位失配補(bǔ)償器件和群速度失配補(bǔ)償片器件作為輔助激光器件；鎖模激光振蕩包括連續(xù)鎖模激光振蕩和調(diào)Q鎖模激光振蕩；所用的激光晶體包括Nd YVO4、Yb YAG和Nd YAG能輻射1. 0 μ m波段的激光晶體；非線性晶體包括 KTP、KTA、LB0、ΒΒ0,是在 1. 0 1. 1 μ m，1. 5 1. 8 μ m，3. 2 μ m 2. 6 μ m 三個(gè)波段透明的雙折射相位匹配晶體；非線性晶體的調(diào)諧包括角度調(diào)諧、溫度調(diào)諧、更換晶體和使用室溫下1. 06 μ m — 1. 80 μ m+2. 57 μ m多種參量變換過(guò)程的非線性晶體；三向色腔鏡包括 HRil. 06/2. 57 μ m&PTil. 80 μ m的多種膜參數(shù)的腔鏡；二極管激光器泵浦激光晶體的泵浦方式包括端面泵浦方式和側(cè)向泵浦方式；激光腔結(jié)構(gòu)包括直腔和Z型折疊腔；通過(guò)改變腔鏡的鍍膜參數(shù)，獲得波長(zhǎng)在1. 5 1. 8 μ m的人眼安全波段的超短脈沖激光。
全文摘要
本發(fā)明屬于物理激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種人眼安全波段可調(diào)諧超短脈沖激光裝置，兩個(gè)腔鏡分別置于同一水平面內(nèi)，其中心對(duì)應(yīng)連線上分別間隔距離置有激光晶體、群速度失配補(bǔ)償器件、光闌和相位失配補(bǔ)償器件，傾斜結(jié)構(gòu)放置的腔鏡中心線下側(cè)分別斜向置有非線性晶體和三向色腔鏡，激光晶體的側(cè)面置有二極管激光器和冷卻裝置，二極管激光器由驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)控制；采用二極管激光器泵浦激光晶體，將非線性晶體與三向色腔鏡相結(jié)合，利用光波正反方向通過(guò)非線性晶體的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鎖模激光振蕩產(chǎn)生可調(diào)諧超短脈沖激光；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，造價(jià)低，激光閾值低，激光離子濃度小，應(yīng)用前景好。
文檔編號(hào)H01S3/098GK102244350SQ20111011439
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者萬(wàn)勇, 劉建華, 潘淑娣, 葛曉輝 申請(qǐng)人:青島大學(xué)