自拉曼倍頻固體黃光雷射器的製作方法
2023-09-13 18:09:00 2
專利名稱：自拉曼倍頻固體黃光雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種固體雷射器，特別是一種自拉曼倍頻固體黃光雷射器。
(二)
背景技術：
目前國外已經有關於固體黃光雷射器的報導，他們主要採用兩種方式來實現 一是將兩
束光禾口步員(Intracavity sum-frequency generation of 3.23 W continuous-wave yellow light in an Nd:YAG laser,《Optics Communications》，Vol. 255， 2005, 248-252)， 二是在腔內使用倍頻技 術(Efficient all-solid-state yellow laser source producing 1.2-W average power,《Optics Letters》， Vol. 24， 1999, 1490-1492)。與腔內倍頻的方法相比，和頻的方法具有體積大，功率低，轉換 效率差，結構不穩定，難以實現等缺點。而目前的腔內倍頻又多是採用三硼酸鋰單晶(LBO) 做倍頻晶體，但是三硼酸鋰晶體LBO具有易潮解，價格高，非線性係數小，並且相位匹配 受溫度影響較大，需要保持溫度恆定等苛刻條件限制，不易控制。
(三) 發明內容
為克服現有技術的缺陷，以實現體積小，功率高，轉換效率大且結構穩定的黃光雷射器， 本實用新型提供一種自拉曼倍頻固體黃光雷射器。
一種自拉曼倍頻固體黃光雷射器，包括雷射二極體LD端面泵浦源、光纖、耦合透鏡、 諧振腔、摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體、聲光調Q裝置和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；由LD端 面泵浦源發出的泵浦光經光纖和耦合透鏡進入諧振腔內，其特徵在於諧振腔由後腔鏡和輸出 鏡組成，前端是後腔鏡，後端是輸出鏡，諧振腔內依次放置摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體、 聲光調Q裝置和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；上述晶體外面均用帶有透孔和管道的金屬塊圍住，晶 體置於金屬塊的透孔內，金屬塊內的管道持續通有循環冷卻水，用來給晶體降低溫度。 所述的雷射二極體LD端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
所述的摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體的兩個端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm 的光增透的膜。摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體既用作雷射介質，產生基頻光，同時也作 拉曼介質，將產生的基頻光轉化為拉曼光。摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體的切割方向為 沿物理學定義的c軸方向切割。
所述的聲光調Q裝置由射頻輸入裝置和調Q晶體組成，調Q晶體的兩端面均鍍有對波長 為1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射頻波調製頻率為8 — 30KHz，通過輸入射頻波改變 調Q晶體的密度，來實現周期性改變雷射諧振腔閾值的目的，起到調Q開關作用。
所述的磷酸氧鈦鉀KTP晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm— 1200 nm的光增透的膜， 磷酸氧鈦鉀KTP晶體用作倍頻晶體，將拉曼光轉化為黃光。
所述的後腔鏡鍍有對波長為808 nm的泵浦光增透的膜和對波長為lOOOnm— 1200nm的光 高反的膜。
所述的輸出鏡鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，並且該膜對波長為587 nm 的光具有高的透射率。
所述的c切摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體的摻雜濃度為0.2% _ 1 % 。 後腔鏡和輸出鏡的曲率可根據實際情況選擇。c切Nd:YV04自拉曼晶體，倍頻晶體KTP以及聲光調Q晶體均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜。自拉曼晶體Nd:YV04 的摻雜濃度為0.2% — 1%， Nd:YV04具有較大的發射截面，是一種優良的雷射介質，同時它 還具有很好的拉曼活性，十分適合本實用新型的需要。KTP晶體需要根據情況考慮相位匹配 角度進行切割，這樣可以有效的提高雷射器的性能。本實用新型中的所有晶體的長度均 可以根據具體要求進行選取；晶體的端面面積可以根據光束截面的面積來確定。
由於拉曼效應為三階的非線性效應，需要基頻光具有較高的峰值功率，所以我們在雷射 器中使用調Q裝置，這樣可以大大提高基頻光的峰值功率，從而提高基頻光到拉曼光的轉 換效率，明顯的增大了黃色雷射的輸出功率，有效的提高了該雷射器的性能。
雷射器的工作流程如下LD端面泵浦源發出的波長為808 nm的泵浦光經光纖和耦合透 鏡進入c切Nd:YV04晶體，當聲光調Q裝置的調Q開關關閉時，泵浦光轉為反轉粒子存儲 起來；當Q開關打開時，積攢的大量反轉粒子瞬間通過受激輻射轉為基頻光；具有較高峰 值功率的基頻光，由於受激拉曼散射的作用轉為拉曼光；拉曼光最後在KTP倍頻晶體處經 過倍頻效應轉為黃光，並由輸出鏡輸出。
本實用新型提出了一種新的組合方式，使用雷射二極體LD端面泵浦源，c切摻釹釩酸釔 Nd:YV04自拉曼晶體，KTP倍頻晶體，採用腔內倍頻拉曼光的方式來產生黃色雷射，成功 解決了上述雷射器的各種缺點，提供了一種新的全固體高功率黃光雷射器，由於採用自拉曼 的方法產生拉曼光，自拉曼晶體既做雷射介質又做拉曼介質，比雷射介質與拉曼介質分開的 雷射器少用一塊晶體，因而該雷射器的體積更小。本實用新型雷射頭的體積為10cmX10cm X17 cm，與背景技術中的相比較體積小，成本低，效率高，光轉換效率可達7%，黃光的 輸出功率可達500 mW，且性能穩定。
圖1是本實用新型雷射器光路結構示意圖。
其中1丄D端面泵浦源，2.光纖，3.耦合透鏡，4.後腔鏡，5.c切摻釹釩酸釔晶體，6. 聲光調Q裝置，7.KTP晶體，8.輸出鏡。
具體實施方式
實施例1:
本實用新型裝置如圖1所示,包括雷射二極體LD端面泵浦源1、光纖2、耦合透鏡3、諧 振腔、c切摻釹釩酸釔Nd:YV04晶體5、聲光調Q裝置6和磷酸氧鈦鉀KTP晶體7;由LD 端面泵浦源1發出的泵浦光經光纖2和耦合透鏡3進入諧振腔內，其特徵在於諧振腔由後腔 鏡4和輸出鏡8組成，前端是後腔鏡4，後端是輸出鏡8，諧振腔中間依次放置c切摻釹釩 酸釔Nd:YV04晶體5、聲光調Q裝置6和磷酸氧鈦鉀KTP晶體7;上述晶體外面均用帶有 透孔和管道的金屬塊圍住，晶體置於金屬塊的透孔內，金屬塊內的管道持續通有循環冷卻水， 用來給晶體降低溫度。
所述的雷射二極體LD端面泵浦源1是808 nm LD端面泵浦源。
所述的c切摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體5的兩個端面均鍍有對波長為1000 nm — 1200 nm的光增透的膜，c切摻釹釩酸釔Nd:YV04自拉曼晶體5既用作雷射介質，產生基頻 光，同時也作拉曼介質，將產生的基頻光轉化為拉曼光。
所述的聲光調Q裝置6由射頻輸入裝置和調Q晶體組成，調Q晶體的兩端面均鍍有對波 長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射頻波調製頻率為10KHz，通過輸入射頻波改變調Q晶體的密度，來實現周期性改變雷射諧振腔閾值的目的，起到調Q開關作用。
所述的磷酸氧鈦鉀KTP晶體7的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的
膜，磷酸氧鈦鉀KTP晶體7用作倍頻晶體，將拉曼光轉化為黃光。
所述的後腔鏡4的曲率半徑為3000 mm，並鍍有對波長為808 nm的泵浦光增透的膜和對
波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，曲率半徑為3000 mm。
所述的輸出鏡8鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，並且該膜對波長為587
nm的光高透。
所述的c切摻釹釩酸釔Nd:YV04晶體5的摻雜濃度為0.3% 。 雷射器的工作流程LD端面泵浦源1發出808 nm的泵浦光經光纖2和耦合透鏡3進 入c切摻釹釩酸釔Nd:YV04晶體5，當聲光調Q裝置6的調Q開關關閉時，泵浦光轉為反 轉粒子存儲起來；當Q開光打開時，積攢的大量反轉粒子通過受激輻射瞬間轉為1066.7 nm 基頻光；具有較高峰值功率的基頻光，由於受激拉曼散射的作用轉為1178.7 nm拉曼光；拉 曼光最後在KTP倍頻晶體7處經過倍頻效應轉為589nm黃光，並由輸出鏡8輸出。
實施例2:
與實施例1相同,只是所述的聲光調Q裝置6的射頻波調製頻率為15KHz; c切摻釹釩酸 釔Nd:YV04晶體5的摻雜濃度為0.5% ，後腔鏡4的曲率半徑為1000 mm。
雷射器的工作流程LD端面泵浦源1發出808 nm的泵浦光經光纖2和耦合透鏡3進入 c切摻釹釩酸釔Nd'.YV04晶體5，當聲光調Q裝置6的調Q開關關閉時，泵浦光轉為反轉 粒子存儲起來；當Q開光打開時，積攢的大量反轉粒子通過受激輻射瞬間轉為1066.7 nm基 頻光；具有較高峰值功率的基頻光，由於受激拉曼散射的作用轉為1178.7nm拉曼光；拉曼 光最後在KTP倍頻晶體7處經過倍頻效應轉為589 nm黃光，並由輸出鏡8輸出。
實施例3:
與實施例1相同，只是所述的聲光調Q裝置6的射頻波調製頻率為25KHz; c切摻釹釩 酸釔Nd:YV04晶體5的慘雜濃度為0.6% ,後腔鏡4的曲率半徑為1000 mm。
雷射器的工作流程LD端面泵浦源1發出808 nm的泵浦光經光纖2和耦合透鏡3進入 c切摻釹釩酸釔Nd:YV04晶體5，當聲光調Q裝置6的調Q開關關閉時，泵浦光轉為反轉 粒子存儲起來；當Q開光打開時，積攢的大量反轉粒子通過受激輻射瞬間轉為1066.7 nm基 頻光；具有較高峰值功率的基頻光，由於受激拉曼散射的作用轉為1178.7 nm拉曼光；拉曼 光最後在KTP倍頻晶體7處經過倍頻效應轉為589 nm黃光，並由輸出鏡8輸出。
上述三個實施例中的耦合光纖2的纖芯直徑為400 pm，數值孔徑為0.22，最高輸出功率 為32W;輸出鏡8均為平鏡；並且所有晶體均經過水冷降溫。
權利要求1.一種自拉曼倍頻固體黃光雷射器，包括雷射二極體LD端面泵浦源、光纖、耦合透鏡、諧振腔、摻釹釩酸釔Nd:YVO4自拉曼晶體、聲光調Q裝置和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；由LD端面泵浦源發出的泵浦光經光纖和耦合透鏡進入諧振腔內，其特徵在於諧振腔由後腔鏡和輸出鏡組成，前端是後腔鏡，後端是輸出鏡，諧振腔內依次放置摻釹釩酸釔Nd:YVO4自拉曼晶體、聲光調Q裝置和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；上述晶體外面均用帶有透孔和管道的金屬塊圍住，晶體置於金屬塊的透孔內，金屬塊內的管道持續通有循環冷卻水，用來給晶體降低溫度。
2. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的雷射二極體LD 端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
3. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的摻釹釩酸紀 Nd:YV04的切割方向為沿物理學定義的c軸方向，該自拉曼晶體既做雷射介質，又做拉曼介 質。
4. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的聲光調Q裝置由 射頻輸入裝置和調Q晶體組成，調Q晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光 增透的膜；射頻波調製頻率為8 — 30KHz。
5. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的磷酸氧鈦鉀KTP 晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜。
6. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的後腔鏡鍍有對波 長為808nm的泵浦光增透的膜和對波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜。
7. 如權利要求l所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的輸出鏡鍍有對波 長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，該膜並對波長為587 nm的光高透。
8. 如權利要求1所述的自拉曼倍頻固體黃光雷射器，其特徵在於所述的摻釹釩酸紀 Nd:YV04自拉曼晶體的兩個端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜。
專利摘要自拉曼倍頻固體黃光雷射器，屬於固體雷射器領域，它是利用LD端面泵浦c切摻釹釩酸釔(Nd:YVO4)自拉曼晶體產生拉曼光，然後用倍頻晶體磷酸氧鈦鉀(KTP)進行腔內倍頻，最終產生黃色雷射。本實用新型特徵在於採用c切摻釹釩酸釔(Nd:YVO4)自拉曼晶體既做雷射介質又做拉曼介質，使得該黃光雷射器具有體積小，性能穩定，功率高，成本低等優點，具有廣泛的實用性。
文檔編號H01S3/11GK201149952SQ20072002955
公開日2008年11月12日 申請日期2007年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者叢振華, 張行愚, 李述濤, 王青圃, 陳曉寒 申請人:山東大學