一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，包括激光二極管、泵浦光整形系統(tǒng)、諧振腔、增益介質(zhì)、倍頻晶體、磁光單向器和頻率調(diào)諧裝置，激光二極管通過光纖與泵浦光整形系統(tǒng)連接，泵浦光整形系統(tǒng)整形后的光斑縱向泵浦到增益介質(zhì)上，增益介質(zhì)被激發(fā)出紅外波段的熒光進(jìn)入諧振腔。本實用新型采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具和壓電陶瓷配合調(diào)節(jié)來實現(xiàn)671nm紅光的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具用來粗調(diào)，壓電陶瓷細(xì)調(diào)。激光器采用880nm泵浦源，比起傳統(tǒng)808nm泵浦源，它可有效地減小晶體的熱透鏡效應(yīng)，提高激光的轉(zhuǎn)換效率；激光器采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)高效、穩(wěn)定。
【專利說明】一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于一種紅光激光器，具體涉及一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光二極管（LD)端面泵浦固體激光器近年來受到廣泛關(guān)注，它具有效率高、結(jié)構(gòu) 緊湊、性能穩(wěn)定、壽命長和全固化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、光譜分析、引力波探測、相 干通訊和量子光學(xué)等領(lǐng)域。
[0003] 在一般的應(yīng)用中，激光二極管端面泵浦中最為常見的是采用808nm光泵浦，而采 用880nm激光作為泵浦光可以把粒子直接抽運到激光上能級，減少了無輻射躍遷的粒子 數(shù)，降低量子缺陷帶來的能量損耗，從而有效地減少了激光介質(zhì)的熱負(fù)荷。
[0004] 目前現(xiàn)有技術(shù)中單頻激光器研究較多，但是對于671nm紅光波段的可調(diào)諧的單頻 激光器，因波長的特殊性、窄線寬和可調(diào)諧的結(jié)構(gòu)形式，使該種激光器的設(shè)計與應(yīng)用還多處 于研發(fā)階段。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點而提出的，其目的是提供一種全固 態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案是：
[0007] -種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，包括激光二極管、泵浦光整形系統(tǒng)、諧振腔、 增益介質(zhì)、倍頻晶體、磁光單向器和頻率調(diào)諧裝置，所述激光二極管通過光纖與泵浦光整形 系統(tǒng)連接，泵浦光整形系統(tǒng)整形后的光斑縱向泵浦到增益介質(zhì)上，增益介質(zhì)被激發(fā)出紅外 波段的熒光進(jìn)入諧振腔；
[0008] 所述諧振腔是由泵浦光輸入端面鏡、平面腔鏡、凹面腔鏡和凹面輸出腔鏡組成的 "8"字環(huán)形腔結(jié)構(gòu)；泵浦光輸入端面鏡、平面腔鏡與激光二極管、泵浦光整形系統(tǒng)處于同一 光路，凹面腔鏡設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡下方，凹面輸出腔鏡設(shè)置于平面腔鏡下方，泵浦光 輸入端面鏡以傾斜角設(shè)置于泵浦光整形系統(tǒng)和增益介質(zhì)之間；
[0009] 所述磁光單向器是由法拉第旋轉(zhuǎn)器和二分之一波片組成；法拉第旋轉(zhuǎn)器和二分之 一波片設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡和平面腔鏡之間，且處于同一光路；
[0010] 所述頻率調(diào)諧裝置是由F-P標(biāo)準(zhǔn)具和壓電陶瓷組成；F-P標(biāo)準(zhǔn)具設(shè)置于凹面腔鏡 和凹面輸出腔鏡之間，且處于同一光路；壓電陶瓷固定于平面腔鏡遠(yuǎn)離二分之一波片的一 側(cè)上；
[0011] 所述倍頻晶體設(shè)置于凹面腔鏡和凹面輸出腔鏡之間的激光束腰位置處，且處于 F-P標(biāo)準(zhǔn)具右側(cè)。
[0012] 所述泵浦光整形系統(tǒng)從左至右依次由自聚焦透鏡、凹鏡、柱面鏡和聚焦透鏡組成； 凹鏡的凹面朝向柱面鏡，柱面鏡和聚焦透鏡（17 )的柱面相對設(shè)置。
[0013] 所述法拉第旋轉(zhuǎn)器設(shè)置于靠近泵浦光輸入端面鏡的一側(cè)，二分之一波片設(shè)置于靠 近平面腔鏡的一側(cè)；
[0014] 所述凹面腔鏡和凹面輸出腔鏡以傾斜角設(shè)置于同一光路，且凹面腔鏡的凹面朝向 平面腔鏡，凹面輸出腔鏡的凹面朝向泵浦光輸入端面鏡。
[0015] 所述泵浦光輸入端面鏡、平面腔鏡、凹面腔鏡和凹面輸出腔鏡對振蕩激光1342nm 全反射
[0016] 所述輸入端面鏡靠近泵浦光整形系統(tǒng)的一面鍍有880nm高透過率膜。
[0017] 所述凹面輸出腔鏡的凹面鍍有671nm紅光高透過率膜。
[0018] 所述增益介質(zhì)為YV04-Nd:YV04鍵合晶體，增益介質(zhì)的兩端面均鍍880nm減反膜、 1342nm減反膜和1064nm減反膜。
[0019] 所述倍頻晶體采用以I類角度匹配方式切割的LB0晶體，兩端面均鍍有1342nm和 671nm雙色增透膜。
[0020] 本實用新型的有益效果是：
[0021] 本實用新型提供一種可調(diào)諧，輸出功率較高，穩(wěn)定可靠的671nm紅光單頻激光器， 采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具和壓電陶瓷配合調(diào)節(jié)來實現(xiàn)671nm紅光的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具用來 粗調(diào)，壓電陶瓷細(xì)調(diào)。激光器采用880nm泵浦源，比起傳統(tǒng)808nm泵浦源，它可有效地減小 晶體的熱透鏡效應(yīng)，提高激光的轉(zhuǎn)換效率；激光器采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)高效、穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是本實用新型中泵浦光整形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 其中：
[0025] 1激光二極管 2光纖
[0026] 3泵浦光整形系統(tǒng) 4泵浦光輸入端面鏡
[0027] 5平面腔鏡 6凹面腔鏡
[0028] 7凹面輸出腔鏡 8增益介質(zhì)
[0029] 9法拉第旋轉(zhuǎn)器 10二分之一波片
[0030] 11倍頻晶體 12 F-P標(biāo)準(zhǔn)具
[0031] 13壓電陶瓷 14自聚焦透鏡
[0032] 15凹鏡 16柱面鏡
[0033] 17聚焦透鏡。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合說明書附圖及實施例對本實用新型一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器 進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0035] 如圖1、2所示，一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，包括激光二極管1、泵浦光整 形系統(tǒng)3、諧振腔、增益介質(zhì)8、倍頻晶體11、磁光單向器和頻率調(diào)諧裝置，所述激光二極管1 通過光纖2與泵浦光整形系統(tǒng)3連接，泵浦光整形系統(tǒng)3整形后的光斑縱向泵浦到增益介 質(zhì)8上，增益介質(zhì)8被激發(fā)出紅外波段的熒光進(jìn)入諧振腔；
[0036] 所述諧振腔是由泵浦光輸入端面鏡4、平面腔鏡5、凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7 組成的"8"字環(huán)形腔結(jié)構(gòu)；輸入端面鏡4、平面腔鏡5與激光二極管1、泵浦光整形系統(tǒng)3處 于同一光路，凹面腔鏡6設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡4下方，凹面輸出腔鏡7設(shè)置于平面腔鏡 5下方，泵浦光輸入端面鏡4以傾斜角設(shè)置于泵浦光整形系統(tǒng)3和增益介質(zhì)8之間；
[0037] 所述磁光單向器是由法拉第旋轉(zhuǎn)器9和二分之一波片10組成；法拉第旋轉(zhuǎn)器9和 二分之一波片10設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡4和平面腔鏡5之間，且處于同一光路；所述法 拉第旋轉(zhuǎn)器9設(shè)置于靠近泵浦光輸入端面鏡4的一側(cè)，二分之一波片10設(shè)置于靠近平面腔 鏡5的一側(cè)；
[0038] 所述頻率調(diào)諧裝置是由F-P標(biāo)準(zhǔn)具12和壓電陶瓷13組成；F-P標(biāo)準(zhǔn)具12設(shè)置于 凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7之間，且處于同一光路；壓電陶瓷13固定于平面腔鏡5遠(yuǎn)離 二分之一波片10的一側(cè)上；
[0039] 所述倍頻晶體11設(shè)置于凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7之間的激光束腰位置處，且 處于F-P標(biāo)準(zhǔn)具12右側(cè)。
[0040] 所述泵浦光整形系統(tǒng)3從左至右依次由自聚焦透鏡14、凹鏡15、柱面鏡16和聚焦 透鏡17組成；凹鏡15的凹面朝向柱面鏡16,柱面鏡16和聚焦透鏡17的柱面相對設(shè)置。
[0041] 所述凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7以傾斜角設(shè)置于同一光路，且凹面腔鏡6的凹 面朝向平面腔鏡5,凹面輸出腔鏡7的凹面朝向泵浦光輸入端面鏡4。
[0042] 所述泵浦光輸入端面鏡4、平面腔鏡5、凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7對振蕩激光 1342nm全反射
[0043] 所述輸入端面鏡4靠近泵浦光整形系統(tǒng)3的一面鍍有880nm高透過率膜。
[0044] 所述凹面輸出腔鏡7的凹面鍍有671nm紅光高透過率膜。
[0045] 所述增益介質(zhì)8為YV04-Nd: YV04鍵合晶體，增益介質(zhì)8的兩端面均鍍880nm減反 膜、1342nm減反膜和1064nm減反膜。
[0046] 所述倍頻晶體11采用以I類角度匹配方式切割的LB0晶體，兩端面均鍍有1342nm 和67 lnm雙色增透膜。
[0047] 本實用新型的泵浦源為激光二極管1高功率光纖耦合輸出的LD激光器，它具有系 統(tǒng)抽運效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點，中心波長880nm，光纖端面直徑為400um，數(shù)值孔徑N. A.為 0. 22,最高輸出功率為50W。采用880nm直接抽運的方式把粒子直接抽運到激光上能，能減 少用于無輻射躍遷的粒子數(shù)，降低量子缺陷帶來的能量損耗，有效地減少了激光介質(zhì)的熱 量堆積，提高激光器的斜效率。
[0048] 增益介質(zhì)8為YV04-Nd:YV04鍵合晶體，比起傳統(tǒng)單一 Nd:YV04晶體，它有以下優(yōu) 點：消除了由端面變形引起的熱透鏡效應(yīng)；避免了端面膜層因高溫和熱應(yīng)力而遭到破壞， 提高了抗光傷闡值；提高了光一光轉(zhuǎn)換效率，改善了激光的輸出光束質(zhì)量；特別適用于高 功率半導(dǎo)體泵浦的激光器。
[0049] 由于泵浦光整形系統(tǒng)3是由一自聚焦透鏡、兩正交柱面鏡和聚焦透鏡組成，此系 統(tǒng)透鏡的球差小，收光角大，聚光能力強，可獲得較小的聚焦光斑尺寸和合適的工作聚焦長 度，以達(dá)到在增益介質(zhì)處與腔模束腰的較好模式匹配。
[0050] 本實用新型的諧振腔采用四鏡"8"字環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，由兩個平面鏡和兩個凹面鏡組 成，這樣光束在腔內(nèi)可形成兩個腰斑，分別滿足了泵浦和倍頻模式匹配的要求。為了獲得高 功率的基模激光輸出，在設(shè)計諧振腔時滿足以下設(shè)計準(zhǔn)則：（i )ΤΕΜμ模的直徑必須受到激 活材料的限制，滿足模式匹配因子（約0.8);采用合適的諧振腔結(jié)構(gòu)以獲得大直徑的ΤΕΜμ， 從而達(dá)到高的光束填充因子，進(jìn)而保證高效基模激光輸出。（ii)諧振腔應(yīng)是動態(tài)穩(wěn)定的，既 諧振腔對由泵浦引起的熱焦距變化不靈敏。（iii)腔模對機(jī)械不對準(zhǔn)必須相當(dāng)不靈敏。（iv) 選擇合適的倍頻晶體處束腰，提高倍頻效率。
[0051] 激光器的調(diào)諧機(jī)構(gòu)由腔內(nèi)插入的F-P標(biāo)準(zhǔn)具12和壓電陶瓷13配合調(diào)諧組成。通 過改變F-P標(biāo)準(zhǔn)具的傾斜角來改變激光器的輸出頻率，以達(dá)到對激光頻率的粗調(diào)。由于F-P 標(biāo)準(zhǔn)具是通過選模來實現(xiàn)的調(diào)諧，因此不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。為此將F-P標(biāo)準(zhǔn)具12和壓電陶 瓷13 -起配合調(diào)節(jié)，對固定在諧振腔鏡上的壓電陶瓷13上施加電壓來改變諧振腔的腔長， 最終實現(xiàn)頻率連續(xù)精確調(diào)諧。
[0052] 激光器的工作過程如下：激光二級管1出射的880nm泵浦光耦合到光纖2里，由光 纖2傳輸?shù)奖闷终蜗到y(tǒng)3內(nèi)，880nm泵浦光經(jīng)泵浦整形系統(tǒng)3整形到合適光斑大小后縱 向泵浦到增益介質(zhì)8上，泵浦源激光二極管1的中心波長880nm與增益介質(zhì)8的吸收帶重 合，增益介質(zhì)8被激發(fā)出紅外波段的熒光。熒光經(jīng)由輸入端面鏡4、平面腔鏡5、凹面腔鏡6 和凹面輸出腔鏡7組成的諧振腔振蕩后產(chǎn)生1342nm紅外光。增益介質(zhì)8為YV0 4-Nd:YV04 鍵合晶體，晶體的兩端面除了鍍880nm、1342nm減反膜外，還需鍍1064nm減反膜用于防止 1064nm光在激光晶體內(nèi)起振。諧振腔內(nèi)由法拉第旋轉(zhuǎn)器9和1/2波片10組成的單向器 使激光器單向運轉(zhuǎn)。倍頻晶體11放置在凹面腔鏡6和凹面輸出腔鏡7之間的激光束腰位 置處，使1342nm紅外光倍頻為671nm紅光，倍頻晶體11采用以I類角度匹配方式切割（ β=86·1。，旁=0。）的LB0晶體，兩端鍍1342nm和671nm雙色增透膜。腔內(nèi)插入F-P標(biāo)準(zhǔn) 具12，通過改變F-P標(biāo)準(zhǔn)具的傾斜角來改變激光器的輸出頻率，并配合固定在諧振腔鏡5 上的壓電陶瓷13 -起調(diào)節(jié)。對壓電陶瓷13上施加電壓，通過改變諧振腔的腔長來實現(xiàn)頻 率連續(xù)精確調(diào)諧。
[0053] 本實用新型提供一種可調(diào)諧，輸出功率較高，穩(wěn)定可靠的671nm紅光單頻激光器， 采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具和壓電陶瓷配合調(diào)節(jié)來實現(xiàn)671nm紅光的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具用來 粗調(diào)，壓電陶瓷細(xì)調(diào)。激光器采用880nm泵浦源，比起傳統(tǒng)808nm泵浦源，它可有效地減小 晶體的熱透鏡效應(yīng)，提高激光的轉(zhuǎn)換效率；激光器采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)高效、穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1. 一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，包括激光二極管（1)、泵浦光整形系統(tǒng)（3)、諧 振腔、增益介質(zhì)（8)、倍頻晶體（11)、磁光單向器和頻率調(diào)諧裝置，其特征在于：所述激光二 極管（1)通過光纖（2)與泵浦光整形系統(tǒng)（3)連接，泵浦光整形系統(tǒng)（3)整形后的光斑縱向 泵浦到增益介質(zhì)（8)上，增益介質(zhì)（8)被激發(fā)出紅外波段的熒光進(jìn)入諧振腔； 所述諧振腔是由泵浦光輸入端面鏡（4)、平面腔鏡（5)、凹面腔鏡（6)和凹面輸出腔鏡 (7)組成的"8"字環(huán)形腔結(jié)構(gòu)；泵浦光輸入端面鏡（4)、平面腔鏡（5)與激光二極管（1)、泵 浦光整形系統(tǒng)（3)處于同一光路，凹面腔鏡（6)設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡（4)下方，凹面輸 出腔鏡（7)設(shè)置于平面腔鏡（5)下方，泵浦光輸入端面鏡（4)以傾斜角設(shè)置于泵浦光整形系 統(tǒng)（3)和增益介質(zhì)（8)之間； 所述磁光單向器是由法拉第旋轉(zhuǎn)器（9)和二分之一波片（10)組成；法拉第旋轉(zhuǎn)器（9) 和二分之一波片（10)設(shè)置于泵浦光輸入端面鏡（4)和平面腔鏡（5)之間，且處于同一光路； 所述頻率調(diào)諧裝置是由F-P標(biāo)準(zhǔn)具（12)和壓電陶瓷（13)組成；F-P標(biāo)準(zhǔn)具（12)設(shè)置 于凹面腔鏡（6)和凹面輸出腔鏡（7)之間，且處于同一光路；壓電陶瓷（13)固定于平面腔鏡 (5)遠(yuǎn)離二分之一波片（10)的一側(cè)上； 所述倍頻晶體（11)設(shè)置于凹面腔鏡（6)和凹面輸出腔鏡（7)之間的激光束腰位置處， 且處于F-P標(biāo)準(zhǔn)具（12)右側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述泵浦 光整形系統(tǒng)（3)從左至右依次由自聚焦透鏡（14)、凹鏡（15)、柱面鏡（16)和聚焦透鏡（17) 組成；凹鏡（15)的凹面朝向柱面鏡（16)，柱面鏡（16)和聚焦透鏡（17)的柱面相對設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述法拉 第旋轉(zhuǎn)器（9)設(shè)置于靠近泵浦光輸入端面鏡（4)的一側(cè)，二分之一波片（10)設(shè)置于靠近平 面腔鏡（5)的一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述凹面 腔鏡（6)和凹面輸出腔鏡（7)以傾斜角設(shè)置于同一光路，且凹面腔鏡（6)的凹面朝向平面腔 鏡（5)，凹面輸出腔鏡（7)的凹面朝向泵浦光輸入端面鏡（4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述泵浦 光輸入端面鏡（4 )、平面腔鏡（5 )、凹面腔鏡（6 )和凹面輸出腔鏡（7 )對振蕩激光1342nm全 反射。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述輸入 端面鏡（4)靠近泵浦光整形系統(tǒng)（3)的一面鍍有880nm高透過率膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述凹面 輸出腔鏡（7)的凹面鍍有671nm紅光高透過率膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述增益 介質(zhì)（8 )為YV04-Nd: YV04鍵合晶體，增益介質(zhì)（8 )的兩端面均鍍880nm減反膜、1342nm減反 膜和1064nm減反膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)單頻可調(diào)諧紅光激光器，其特征在于：所述倍頻 晶體（11)采用以I類角度匹配方式切割的LBO晶體，兩端面均鍍有1342nm和671nm雙色 增透膜。
【文檔編號】H01S3/105GK204103239SQ201420671313
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】孫桂俠, 劉濤, 錢金寧, 王鑫 申請人:核工業(yè)理化工程研究院