專利名稱：482.5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種482. 5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器，其泵浦光為482. 5nm激光，能夠經(jīng)一次倍頻獲得305nm連續(xù)激光，并且，激光晶體的熱效應(yīng)得到減輕，泵浦能量利用率得到提高，最終效果為輸出激光的功率得到提高，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，紫外激光的產(chǎn)生主要有兩種方法。一種是利用非線性倍頻晶體對Iym波長附近的基頻光進(jìn)行非線性倍頻，再利用另一塊倍頻晶體對得到的二次諧波進(jìn)行非線性倍頻，也就是通過對基頻光進(jìn)行四倍頻來產(chǎn)生紫外激光；另一種方法是利用非線性倍頻晶體對I μ m波長附近的基頻光進(jìn)行非線性倍頻，再利用非線性和頻晶體對基頻光和二次諧波進(jìn)行非線性和頻來產(chǎn)生紫外激光。上述兩種產(chǎn)生紫外激光的方法都需要兩次非線性頻率變換過程，由于每次變換都是有一定比例的，多次變換導(dǎo)致總變換效率較低，很難獲得高功率 紫外連續(xù)激光。于是誕生了一種通過一次非線性頻率變換獲得305nm連續(xù)激光的技術(shù)，如董淵等人發(fā)表的論文 “All-solid-state blue laser pumped Pr:KY3F10-BBO ultraviolet laserat 305 nm” (Laser Phys. Lett. 9，No. 2，116 119，2012)所公開的方案。全固態(tài)藍(lán)光栗浦激光器位于全反射鏡腔外一側(cè)，Pr:KYF激光晶體位于由全反射鏡和輸出耦合鏡構(gòu)成的諧振腔內(nèi)，BBO非線性倍頻晶體位于諧振腔內(nèi)且與Pr:KYF激光晶體同軸。在471nm連續(xù)泵浦激光的激勵(lì)下，Pr = KYF激光晶體產(chǎn)生610nm激光，被BBO非線性倍頻晶體腔內(nèi)倍頻，產(chǎn)生305nm連續(xù)激光。在該方案中，所述Pr = KYF激光晶體長5 mm、摻雜濃度O. 4 %，所述BBO非線性倍頻晶體尺寸為3X3X4 mm3、切割角度為Θ =90°，輸出耦合鏡腔內(nèi)鏡面曲率半徑為50 mm。該方案存在的不足其一是當(dāng)激光器處于工作狀態(tài)時(shí)，作為增益介質(zhì)的Pr:KYF激光晶體其溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)明顯升高，出現(xiàn)十分嚴(yán)重的熱效應(yīng)，極大地降低了激光器的性能，難以長時(shí)間穩(wěn)定工作；其二是由于泵浦激光只是單次通過增益介質(zhì)，能量的利用率較低；其三是在室溫下Pr:KYF激光晶體對471 nm藍(lán)色激光吸收相對較弱，見圖1所示，而Pr:KYF激光晶體對482. 5nm藍(lán)色激光吸收較強(qiáng)。這些不足使得該激光器的光一光轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了有效降低Pr = KYF激光晶體的熱效應(yīng)，提高泵浦光能量的利用率，采用Pr = KYF激光晶體吸收較強(qiáng)的泵浦光，我們發(fā)明了一種482. 5nm泵浦Pr: KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器。在本發(fā)明之482. 5nm泵浦Pr = KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器中，全反射鏡1、PriKYF激光晶體2、倍頻晶體3、輸出耦合鏡4依次同軸排列，如圖2所示，其特征在于，同軸排列的還有拋物面反射鏡5，拋物面反射鏡5位于Pr = KYF激光晶體2與輸出耦合鏡4之間，拋物面反射鏡5中心部分有通孔，其拋物面反射鏡面朝向Pr = KYF激光晶體2 ;全反射鏡I是一種金屬熱沉，腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面鍍有482. 5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶體2為片狀，與全反射鏡1腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面接觸；始端平面反光鏡6軸線、終端平面反光鏡7軸線、諧振腔軸線三者平行且位于同一平面內(nèi)，始端平面反光鏡6及終端平面反光鏡7的反光鏡面與拋物面反射鏡5的拋物面反射鏡面相對，所述反光鏡面、拋物面反射鏡面鍍有482. 5 nm高反膜；泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。本發(fā)明其技術(shù)效果在于，482. 5 nm泵浦光入射拋物面反射鏡面，反射后照射到Pr:KYF激光晶體2上，Pr:KYF激光晶體2產(chǎn)生610 nm激發(fā)光，由倍頻晶體3倍頻后波長變換為305 nm，激發(fā)光在諧振腔內(nèi)往返通過拋物面反射鏡5中心部分通孔，諧振后自輸出耦合鏡4輸出腔外。透過片狀Pr:KYF激光晶體2的泵浦光由全反射鏡I腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面反射到拋物面反射鏡面，之后經(jīng)終端平面反光鏡7反光鏡面、拋物面反射鏡面的再次反射，再次照射到Pr :KYF激光晶體2上。此次透過片狀Pr = KYF激光晶體2的泵浦光依然依次由全反射鏡I腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面、拋物面反射鏡面、始端平面反光鏡6反光鏡面、拋物面反射鏡面反射后最終照射到Pr:KYF激光晶體2上，并持續(xù)下去。可見，泵浦光在一個(gè)封閉的反射空間內(nèi)傳播，多次照射到Pr:KYF激光晶體2上，泵浦光能量利用率顯著提高。另外，由于Pr = KYF激光晶體2采用片狀，并與作為一種金屬熱沉的全反射鏡I良好接觸，Pr = KYF激光晶體2的溫升得到有效控制，大幅減輕Pr = KYF激光晶體的熱效應(yīng)。再有，本發(fā)明采用482. 5nm波長激光作為泵浦光，相比現(xiàn)有技術(shù)所采用的471 nm波長激光，Pr:KYF激光晶體的泵浦光吸收有所增強(qiáng)?？梢?，本發(fā)明之技術(shù)方案全面實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖1是KY3F1q:0. 4%Pr3+激光晶體的吸收光譜圖。圖2是本發(fā)明之482. 5nm泵浦Pr: KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之482. 5nm泵浦Pr = KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器其具體方案如下。全反射鏡l、Pr:KYF激光晶體2、倍頻晶體3、輸出耦合鏡4依次同軸排列，如圖2所示。Pr :KYF激光晶體2的兩個(gè)端面鍍有610 nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。倍頻晶體3采用BBO非線性倍頻晶體，兩個(gè)端面鍍有305nm增透膜，且透過率大于99. 9%。輸出耦合鏡4腔內(nèi)鏡面為凹球面，凹球面的曲率半徑R1為100 mm，該凹球面鏡面鍍有610 nm高反膜、305nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。同軸排列的還有拋物面反射鏡5，拋物面反射鏡5位于PriKYF激光晶體2與輸出耦合鏡4之間，拋物面反射鏡5中心部分有通孔，其拋物面反射鏡面朝向Pr:KYF激光晶體2。全反射鏡I是一種金屬熱沉，材質(zhì)為紫銅；腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面鍍有482. 5 nm、610 nm的高反膜，且對這兩種波長的反射率均高于99. 9%。Pr = KYF激光晶體2為片狀，如圓片，其厚度為O. 5`1 mm，片狀Pr = KYF激光晶體2與全反射鏡I腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面接觸。始端平面反光鏡6軸線、終端平面反光鏡7軸線、諧振腔軸線三者平行且位于同一平面內(nèi)，始端平面反光鏡6及終端平面反光鏡7的反光鏡面與拋物面反射鏡5的拋物面反射鏡面相對，所述反光鏡面、拋物面反射鏡面鍍有482. 5 nm高反膜。泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。全反射鏡I有三個(gè)作用，一是作為熱沉為Pr = KYF激光晶體2散熱，二是與輸出耦合鏡4 一起構(gòu)成諧振腔，三是與始端平面反光鏡6、拋物面反射鏡5、終端平面反光鏡7 —起構(gòu)成一個(gè)泵浦光封閉反射空間。本發(fā)明之激光器482. 5 nm泵浦光的泵浦源其特征在于，如圖2所示，由第一諧振腔鏡8、NdiYLF激光晶體9、始端平面反光鏡6構(gòu)成908 nm諧振光腔；由第二諧振腔鏡10、YbiYAG激光晶體11、始端平面反光鏡6構(gòu)成1030 nm諧振光腔；908 nm諧振光腔軸線與1030 nm諧振光腔軸線垂直并相交，交點(diǎn)與平面耦合鏡12幾何中心重合，平面耦合鏡12與908 nm諧振光腔軸線及1030 nm諧振光腔軸線均呈45°角關(guān)系，并且，平面耦合鏡12同時(shí)與Nd = YLF激光晶體9及Yb = YAG激光晶體11相鄰；和頻晶體13位于Yb = YAG激光晶體11與始端平面反光鏡6之間的諧振光路上；1030 nm諧振光腔軸線與始端平面反光鏡6軸線重合。第一諧振腔鏡8腔內(nèi)一側(cè)鏡面為凹球面，該凹球面的曲率半徑R2為100 mm，該凹球面鍍有908 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %;該凹球面及第一諧振腔鏡8的腔外平面鏡面還均鍍有808 nm增透膜，且透過率大于99. 5 %。平面耦合鏡12兩側(cè)的平面鏡面均鍍有1030nm增透膜，且透過率大于99. 5 % ;平面耦合鏡12朝向Nd = YLF激光晶體9 一側(cè)的平面鏡面還鍍有908 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %。第二諧振腔鏡10腔內(nèi)一側(cè)鏡面為凹球面，該凹球面的曲率半徑R3為100 mm，該凹球面鍍有1030 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %。始 端平面反光鏡6腔內(nèi)一側(cè)鏡面鍍有1030 nm、908 nm的高反膜，且反射率大于99. 9 %，同時(shí)鍍有482. 5 nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。Nd: YLF激光晶體9的兩個(gè)端面鍍有908 nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。Yb:YAG激光晶體11的兩個(gè)端面鍍有1030 nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。和頻晶體13采用LBO非線性和頻晶體，其兩個(gè)端面鍍有482. 5 nm增透膜，且透過率大于99. 9 %。擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡14與始端平面反光鏡6同軸且位于始端平面反光鏡6與拋物面反射鏡5之間。來自半導(dǎo)體激光器的808 nm泵浦光經(jīng)第一諧振腔鏡8進(jìn)入Nd: YLF激光晶體9中為其提供泵浦能量，使得準(zhǔn)三能級908 nm譜線在Nd:YLF激光晶體9中躍遷，進(jìn)而在908 nm諧振光腔中形成腔內(nèi)振蕩，產(chǎn)生908 nm準(zhǔn)三能級腔內(nèi)激光，它的一部分用來對Yb: YAG激光晶體11進(jìn)行腔內(nèi)泵浦，使得四能級1030 nm譜線在Yb:YAG激光晶體11中躍遷，進(jìn)而在1030nm諧振光腔中形成腔內(nèi)振蕩,產(chǎn)生1030 nm四能級腔內(nèi)激光,它與908 nm準(zhǔn)三能級腔內(nèi)激光的其余部分由和頻晶體13進(jìn)行非線性和頻，產(chǎn)生482. 5 nm激光，并自始端平面反光鏡6輸出，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡14后成為本發(fā)明之激光器的泵浦光。由于Yb: YAG激光晶體11位于908 nm諧振光腔內(nèi)，其泵浦能量由Nd: YLF激光晶體9產(chǎn)生的908 nm準(zhǔn)三能級腔內(nèi)激光來提供，這種方式屬于腔內(nèi)直接泵浦方式，該方式不僅能夠?yàn)閅b: YAG激光晶體11提供足夠高的泵浦能量，還能有效地降低Yb: YAG激光晶體11的廢熱，減少泵浦光光子和激光光子之間的斯托克斯頻移，提高斯托克斯效率。
權(quán)利要求
1.一種482. 5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器，全反射鏡(l)、Pr:KYF 激光晶體(2)、倍頻晶體(3)、輸出耦合鏡(4)依次同軸排列，其特征在于，同軸排列的還有拋物面反射鏡(5)，拋物面反射鏡(5)位于Pr: KYF激光晶體(2)與輸出耦合鏡(4)之間，拋物面反射鏡(5)中心部分有通孔，其拋物面反射鏡面朝向Pr = KYF激光晶體(2);全反射鏡(1)是一種金屬熱沉，腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面鍍有482.5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶體(2)為片狀，與全反射鏡(I)腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面接觸；始端平面反光鏡(6)軸線、終端平面反光鏡(7)軸線、諧振腔軸線三者平行且位于同一平面內(nèi)，始端平面反光鏡(6)及終端平面反光鏡(7)的反光鏡面與拋物面反射鏡(5)的拋物面反射鏡面相對，所述反光鏡面、拋物面反射鏡面鍍有482. 5 nm高反膜；泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的482.5nm泵浦？1':1^ 獲得30511111連續(xù)激光的圓盤激光器，其特征在于，全反射鏡(I)材質(zhì)為紫銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器，其特征在于，Pr = KYF激光晶體(2)其厚度為O. 5 I mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器，其特征在于，482. 5 nm泵浦光的泵浦源結(jié)構(gòu)為由第一諧振腔鏡(8)、Nd: YLF激光晶體(9)、始端平面反光鏡(6)構(gòu)成908 nm諧振光腔；由第二諧振腔鏡(10)、Yb: YAG激光晶體(11 )、始端平面反光鏡(6)構(gòu)成1030 nm諧振光腔；908 nm諧振光腔軸線與1030 nm諧振光腔軸線垂直并相交，交點(diǎn)與平面耦合鏡(12)幾何中心重合，平面耦合鏡(12)與908 nm諧振光腔軸線及1030 nm諧振光腔軸線均呈45°角關(guān)系，并且，平面耦合鏡(12)同時(shí)與Nd: YLF激光晶體(9 )及Yb: YAG激光晶體(11)相鄰；和頻晶體(13 )位于Yb: YAG激光晶體(11)與始端平面反光鏡(6)之間的諧振光路上；1030 nm諧振光腔軸線與始端平面反光鏡(6)軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的482.5nm泵浦？1*:1^ 獲得30511111連續(xù)激光的圓盤激光器，其特征在于，第一諧振腔鏡(8)腔內(nèi)一側(cè)鏡面為凹球面，該凹球面鍍有908 nm高反膜，該凹球面及第一諧振腔鏡(8)的腔外平面鏡面還均鍍有808 nm增透膜；平面耦合鏡(12)兩側(cè)的平面鏡面均鍍有1030 nm增透膜，平面耦合鏡12朝向Nd: YLF激光晶體(9) 一側(cè)的平面鏡面還鍍有908 nm高反膜；第二諧振腔鏡(10)腔內(nèi)一側(cè)鏡面為凹球面，該凹球面鍍有1030 nm 高反膜；始端平面反光鏡(6)腔內(nèi)一側(cè)鏡面鍍有1030 nm、908 nm的高反膜，同時(shí)鍍有482. 5 nm增透膜；Nd:YLF激光晶體(9)的兩個(gè)端面鍍有908 nm增透膜；Yb:YAG激光晶體(11)的兩個(gè)端面鍍有1030 nm增透膜；和頻晶體(13)采用LBO非線性和頻晶體，其兩個(gè)端面鍍有 482.5 nm增透膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器，其特征在于，擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡(14)與始端平面反光鏡(6)同軸且位于始端平面反光鏡(6)與拋物面反射鏡(5)之間。
全文摘要
482.5nm泵浦Pr:KYF獲得305nm連續(xù)激光的圓盤激光器屬于激光技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)熱效應(yīng)嚴(yán)重，泵浦光能量利用率較低，Pr:KYF激光晶體對泵浦光吸收較弱。本發(fā)明之圓盤激光器具有拋物面反射鏡，拋物面反射鏡位于Pr:KYF激光晶體與輸出耦合鏡之間，拋物面反射鏡中心部分有通孔，其拋物面反射鏡面朝向Pr:KYF激光晶體；全反射鏡是一種金屬熱沉，腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面鍍有482.5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶體為片狀，與全反射鏡腔內(nèi)一側(cè)平面鏡面接觸；始端平面反光鏡軸線、終端平面反光鏡軸線、諧振腔軸線三者平行且位于同一平面內(nèi)，始端平面反光鏡及終端平面反光鏡的反光鏡面與拋物面反射鏡的拋物面反射鏡面相對，所述反光鏡面、拋物面反射鏡面鍍有482.5 nm高反膜；泵浦源提供482.5 nm泵浦光。
文檔編號H01S3/16GK103022884SQ20121057460
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者董淵, 李述濤, 呂彥飛, 劉會(huì)龍, 陳辰, 滿東華, 金光勇, 張喜和 申請人:長春理工大學(xué)