專利名稱：基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光器，具體涉及一種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器。
背景技術(shù)：
激光二極管泵浦的全固態(tài)激光器因具有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長等優(yōu)點使其成為當(dāng)今固態(tài)激光技術(shù)研究的熱點之一，其中板條激光器由于泵浦效率高、散熱效率好而受到廣泛重視。采用棒狀工作介質(zhì)的高功率固體激光器在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)時，工作介質(zhì)的徑向溫度梯度使棒呈現(xiàn)出熱透鏡效應(yīng)和雙折射效應(yīng)，進(jìn)而嚴(yán)重降低了光束質(zhì)量，限制了激光器的輸出水平和高重復(fù)率運(yùn)轉(zhuǎn)。對于板條結(jié)構(gòu)的固體激光器，可以通過設(shè)計合理的“M”字形光路，減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而獲得更好的 光束質(zhì)量和更高的輸出功率。早在20世紀(jì)70年代美國GE公司的W. B. Martin等就提出了板條激光器設(shè)計的概念，使得板條晶體內(nèi)部溫度場的分布趨于均勻，極大降低了晶體本身的熱效益。但該方案存在結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、吸收長度短、抽運(yùn)效率低等缺點，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展?，F(xiàn)有的綠光激光器多是采用棒狀激光晶體得到1064nm基頻激光輸出，然后進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換至綠光激光輸出。由于棒狀激光晶體所能承受的熱負(fù)荷與泵浦光功率有限，直接限制了綠光激光的大功率輸出。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于板條結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率的大功率532nm綠光激光器。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，包括激光晶體，分居前述激光晶體兩側(cè)的半導(dǎo)體激光泵浦模塊，設(shè)置于前述激光晶體與半導(dǎo)體激光泵浦模塊之間的透鏡組，將前述半導(dǎo)體激光泵浦模塊發(fā)射出的泵浦光轉(zhuǎn)換成高光束質(zhì)量的基頻激光的激光諧振腔，對前述基頻激光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器件，以及對前述基頻激光進(jìn)行頻率變換的綠光非線性晶體；前述激光晶體為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)，激光晶體的“C”軸豎直向上放置或者旋轉(zhuǎn)90°水平放置；前述激光諧振腔由腔鏡組成，激光在激光器中形成“M”字形光路。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述腔鏡包括柱面鏡、平面鏡、凹面鏡，前述柱面鏡設(shè)置于激光晶體的一側(cè)，平面鏡和凹面鏡設(shè)置于激光晶體的另一側(cè)，并且沿光路方向凹面鏡設(shè)置于綠光非線性晶體之前。優(yōu)選的，柱面鏡和設(shè)置于綠光非線性晶體之前的平面鏡的端面鍍有對1064nm激光高反膜，設(shè)置于綠光非線性晶體之后的平面鏡鍍有對1064nm及532nm激光高反膜，凹面鏡的端面鍍有對1064nm激光高反膜、對532nm激光高透膜。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述激光晶體為Nd:YV04 晶體，或者 Nd: YLF 晶體、Nd:YAG 晶體、NchGlass 晶體、Yb:YAG 晶體、Er:YAG 晶體。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述半導(dǎo)體激光泵浦模塊的中心波長為808nm或880nm。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述半導(dǎo)體激光泵浦模塊發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡組會聚成截面為長方形的一維平行光，前述一維平行光的上下寬度為激光晶體厚度的一半，長度小于激光晶體的長度。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述分居激光晶體兩側(cè)的半導(dǎo)體激光泵浦模塊同時泵浦中間的激光晶體，或者兩個半導(dǎo)體激光泵浦模塊中的任意一個對激光晶體進(jìn)行單獨泵浦。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述調(diào)制器件為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或吸收型被動調(diào)Q開關(guān)。
優(yōu)選的，前述調(diào)制器件的兩個端面均鍍有1064nm增透膜。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述綠光非線性晶體為I類LB0,或者II類LBO、II類KTP、II類BBO、II類CLBO0前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，前述綠光非線性晶體的兩個端面均鍍有1064nm及532nm雙色高透膜。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，還包括用于提高光束質(zhì)量的光闌，前述光闌設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)。本發(fā)明的有益之處在于通過設(shè)計合理的“M”字形光路，以及適當(dāng)選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率；并且，在不改變激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，在激光晶體破壞值范圍內(nèi)，可以通過提高半導(dǎo)體激光泵浦模塊的泵浦功率，進(jìn)一步增加腔內(nèi)基頻激光的功率密度，從而得到更高功率的綠光激光輸出。
圖1是本發(fā)明基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖中附圖標(biāo)記的含義1-半導(dǎo)體激光泵浦模塊，2-透鏡，3-柱面鏡，4-激光晶體，5-柱面鏡，6-透鏡，7-半導(dǎo)體激光泵浦模塊，8-平面鏡，9-調(diào)制器件，10-平面鏡，11-平面鏡，12-平面鏡，13-光闌，14-平面鏡，15-凹面鏡，16-綠光非線性晶體，17-平面鏡。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。參照圖1，本發(fā)明基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器包括激光晶體4，分居激光晶體4兩側(cè)的半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7，設(shè)置于激光晶體4與半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7之間的透鏡2、6，透鏡2、6組成透鏡組，將半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7發(fā)射出的泵浦光轉(zhuǎn)換成高光束質(zhì)量的基頻激光的激光諧振腔，對上述基頻激光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器件9，以及對上述基頻激光進(jìn)行頻率變換的綠光非線性晶體16。其中，激光晶體4為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)；激光諧振腔由腔鏡組成，激光在激光器中形成“M”字形光路。
在本發(fā)明中，激光晶體4的“C”軸豎直向上放置，其還可以旋轉(zhuǎn)90°即水平放置，相應(yīng)的，綠光非線性晶體16也旋轉(zhuǎn)90°放置。作為一種優(yōu)選的方案，透鏡2、6均鍍有對泵浦光的高透膜。下面詳細(xì)介紹激光諧振腔。參照圖1，該激光諧振腔由腔鏡組成，具體由柱面鏡3、5，平面鏡8、10、11、12、14、17和凹面鏡15組成。柱面鏡3、5設(shè)置于激光晶體4的一側(cè)，平面鏡8、10、11、12、14、17和凹面鏡15設(shè)置于激光晶體4的另一側(cè)，其中，平面鏡8豎直設(shè)置，平面鏡11水平設(shè)置,平面鏡10、12、14、17和凹面鏡15均傾斜設(shè)置，并且沿光路方向凹面鏡15設(shè)置于平面鏡14之后、綠光非線性晶體16之前，平面鏡17用作綠光激光反射鏡。作為一種優(yōu)選的方案，凹面鏡15的端面鍍有對1064nm激光高反膜、對532nm激光高透膜；柱面鏡3、5和平面鏡8、10、11、12、14均鍍有對106411111激光高反膜；平面鏡17鍍有對1064nm激光及532nm激光高反膜。在本發(fā)明中，激光晶體4為Nd: YV04晶體，其還可以是Nd: YLF晶體、Nd: YAG晶體、NdiGlass晶體、Yb = YAG晶體、Er = YAG晶體等基頻激光晶體。作為一種優(yōu)選的方案，激光晶體4的兩個端面均鍍有對泵浦光和1064nm激光增透的增透膜，用以增加對泵浦光的吸收。更為優(yōu)選的是，在激光晶體4的上下面上還設(shè)置有熱沉(未圖示)，熱沉與激光晶體4接觸，可保證熱量的有效傳導(dǎo)。在本發(fā)明中，半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7均為半導(dǎo)體激光二極管，其中心波長為808nm，最高輸出功率為30W，也可以根據(jù)所選用的激光晶體4的不同而選用其他中心波長例如880nm的半導(dǎo)體激光泵浦模塊。半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7可以同時泵浦中間的激光晶體4，也可以是兩個半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7中的任意一個對激光晶體4進(jìn)行單獨泵浦。半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡2、6會聚成截面為長方形的一維平行光，作為一種優(yōu)選的方案，上述一維平行光的上下寬度為激光晶體4厚度的一半，長度小于激光晶體4的長度，略小即可。作為一種優(yōu)選的方案，調(diào)制器件9為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或者吸收型被動調(diào)Q開關(guān)。更為優(yōu)選的是，調(diào)制器件9的兩個端面均鍍有1064nm增透膜。在本發(fā)明中，綠光非線性晶體16設(shè)置于凹面鏡15和平面鏡17之間。經(jīng)激光諧振腔的選模作用所形成的基頻激光經(jīng)調(diào)制器件9調(diào)制后得到調(diào)制激光，該調(diào)制激光經(jīng)綠光非線性晶體16的頻率轉(zhuǎn)換作用，最終得到532nm綠光激光輸出。作為一種優(yōu)選的方案，綠光非線性晶體16為I類LBO，II類LBO、II類KTP、II類BBO、II 類 CLBO。更為優(yōu)選的是，綠光非線性晶體16的兩個端面均鍍有1064nm、及532nm雙色高透膜。作為一種優(yōu)選的方案，綠光非線性晶體16以及激光晶體4均用銦箔包裹后放入散熱晶體座中。作為一種優(yōu)選的方案，本發(fā)明的綠光激光器還包括光闌13,光闌13設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)，用以進(jìn)一步提高光束質(zhì)量。參照圖1，本發(fā)明的綠光激光器的工作原理為半導(dǎo)體激光泵浦模塊1、7發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡2、6會聚后直接射入激光晶體4的端面，激光晶體4吸收泵浦光能量后產(chǎn)生受激發(fā)射，發(fā)射出的光在激光諧振腔(由柱面鏡3、5，平面鏡8、IO、11、12、14、17和凹面鏡15組成)的選模作用下形成高光束質(zhì)量的基頻激光，該基頻激光經(jīng)調(diào)制器件9的調(diào)制后，得到高峰值功率的調(diào)制激光，該調(diào)制激光經(jīng)綠光非線性晶體16的頻率轉(zhuǎn)換作用，最終得到532nm綠光激光輸出。本發(fā)明的綠光激光器，在不改變激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，在激光晶體破壞閥值范圍內(nèi)，還可以提高激光二極管的泵浦功率，進(jìn)一步增加腔內(nèi)基頻激光的功率密度，從而得到更高功率的綠光激光輸出。另外，本發(fā)明的基于板條結(jié)構(gòu)的固體綠光激光器，相比于基于棒狀工作介質(zhì)的綠光激光器，通過設(shè)計合理的“M”字形光路，以及適當(dāng)選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消 除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率。需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，包括激光晶體(4)，分居上述激光晶體(4)兩側(cè)的半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)，設(shè)置于上述激光晶體(4)與半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)之間的透鏡組，將上述半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)發(fā)射出的泵浦光轉(zhuǎn)換成高光束質(zhì)量的基頻激光的激光諧振腔，對上述基頻激光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器件(9)，以及對上述基頻激光進(jìn)行頻率變換的綠光非線性晶體(16);上述激光晶體(4)為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)，激光晶體(4)的“C”軸豎直向上放置或者旋轉(zhuǎn)90°水平放置；上述激光諧振腔由腔鏡(3、5、8、10、11、12、14、15、17)組成，激光在激光器中形成“M”字形光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述腔鏡包括柱面鏡(3、5)、平面鏡(8、10、11、12、14、17)、凹面鏡(15)，上述柱面鏡(3、5)設(shè)置于激光晶體(4)的一側(cè)，平面鏡(8、10、11、12、14、17)和凹面鏡(15)設(shè)置于激光晶體(4)的另一側(cè)，并且沿光路方向凹面鏡(15)設(shè)置于綠光非線性晶體(16)之前，優(yōu)選的，柱面鏡(3、5)和平面鏡(8、10、11、12、14)的端面鍍有對1064nm激光高反膜，凹面鏡(15)的端面鍍有對1064nm激光高反膜、對532nm激光高透膜，平面鏡(17)鍍有對1064nm及532nm激光高反膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述激光晶體(4)為Nd:YV04晶體，或者NdiYLF晶體、NdiYAG晶體、NdiGlass晶體、YbiYAG晶體、Er:YAG晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)的中心波長為808nm或880nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡組會聚成截面為長方形的一維平行光，上述一維平行光的上下寬度為激光晶體(4)厚度的一半，長度小于激光晶體(4)的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述分居激光晶體(4)兩側(cè)的半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)同時泵浦中間的激光晶體(4)，或者兩個半導(dǎo)體激光泵浦模塊(1、7)中的任意一個對激光晶體(4)進(jìn)行單獨泵浦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述調(diào)制器件(9)為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或吸收型被動調(diào)Q開關(guān)，優(yōu)選的，上述調(diào)制器件(9)的兩個端面均鍍有1064nm增透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述綠光非線性晶體(16)為I類LBO，或者II類LBO、II類KTP、II類BBO、II類CLBO。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，上述綠光非線性晶體(16)的兩個端面均鍍有1064nm及532nm雙色高透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，還包括用于提高光束質(zhì)量的光闌(13)，上述光闌(13)設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率532nm綠光激光器，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光泵浦模塊、透鏡組、板條薄片狀的激光晶體、將泵浦光轉(zhuǎn)換成基頻激光的激光諧振腔、調(diào)制器件以及對調(diào)制激光進(jìn)行變頻的綠光非線性晶體；前述激光諧振腔由腔鏡組成，激光在激光器中形成“M”字形光路。本發(fā)明的有益之處在于通過設(shè)計合理的“M”字形光路以及適當(dāng)選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率；在不改變激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，在激光晶體破壞值范圍內(nèi)，可通過提高半導(dǎo)體激光泵浦模塊的泵浦功率，進(jìn)一步增加腔內(nèi)基頻激光的功率密度。
文檔編號H01S3/16GK103022885SQ20121057757
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者孔劍, 邊莎莎 申請人:蘇州鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司