高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器的製作方法

2023-06-11 22:46:46

專利名稱：高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器的製作方法
技術領域：
本發明有關一種雷射器，特別是指一種轉換效率高、光束質量好的高重複頻率窄
脈寬半導體泵浦綠雷射器。
背景技術：
雷射與普通光源相比具有方向性好、相干性好及亮度高的特點，因此雷射廣泛應 用於現代工業、農業、醫學、國防等各個領域。由於綠雷射的波長小於紅外雷射，頻率大於紅 外雷射，因此，綠雷射的聚焦光斑比紅外雷射的小，綠雷射單個光子的能量大於紅外雷射單 個光子的能量，與其它物質相互作用的時候綠雷射的熱影響區域小，又由於綠雷射能被人 眼直接觀察到，因此，綠雷射被廣泛應用於材料的精細加工及雷射演示中，綠雷射器的研製 成為雷射領域的熱點。目前用於產生綠光的雷射器通常是在雷射器的諧振腔內放置倍頻晶 體，經過倍頻後產生綠光。但目前採用的諧振腔多為直線型腔，為了形成倍頻振蕩輸出，需 要在直腔內插入一個高反二次諧波鏡片，但腔內插入元件會帶來額外損耗，並且容易造成 輸出兩束綠光的現象。目前綠雷射器產生的綠雷射往往存在脈衝寬度寬、脈衝拖尾嚴重、光 束質量不佳等缺點，且現有技術中從紅外基頻光到倍頻綠光的轉換效率較低，不利於產業 上的應用。

發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種光束質量好、轉換效率高且諧振腔為 "U"形平_平腔的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器。 為達到上述目的，本發明提供一種高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其包 括有兩組泵浦耦合聚焦系統及一個諧振腔，該兩組泵浦耦合聚焦系統分別位於諧振腔的兩 端，泵浦耦合聚焦系統發出的泵浦光射入諧振腔內雙端面泵浦諧振腔內的雷射工作晶體。
泵浦耦合聚焦系統包括有泵浦光源、平凸準直鏡、平面折反鏡及平凸聚焦鏡，泵浦 光源位於平凸準直鏡的焦點，平凸準直鏡位於泵浦光源與平面折反鏡之間，平凸準直鏡的 光軸與平面折反鏡的鏡面呈45。夾角，平凸聚焦鏡的光軸與平面折反鏡的鏡面呈45。夾 角，平凸準直鏡的光軸與平凸聚焦鏡的光軸垂直。 諧振腔為"U"形或"丌"形平_平腔，諧振腔包括有前端平面鏡、後端平面鏡、平面 輸出鏡與平面斜反鏡，前端平面鏡與後端平面鏡分別為諧振腔的前後腔鏡，前端平面鏡與 平面輸出鏡組成諧振腔的左臂，前端平面鏡與平面輸出鏡之間呈45°夾角，後端平面鏡與 平面斜反鏡組成諧振腔的右臂，後端平面鏡與平面斜反鏡之間呈45°夾角，平面輸出鏡與 平面斜反鏡垂直；平面輸出鏡與平面斜反鏡之間設有雷射工作晶體，諧振腔左臂的前端平 面鏡與平面輸出鏡之間設有倍頻晶體，諧振腔右臂的後端平面鏡與平面斜反鏡之間設有Q 開關；平面輸出鏡位於雷射工作晶體與其中一組泵浦耦合聚焦系統中的平凸聚焦鏡之間， 平面斜反鏡位於雷射工作晶體與另一組泵浦耦合聚焦系統的平凸聚焦鏡之間，且兩組泵浦 耦合聚焦系統的平凸聚焦鏡的焦點均位於雷射工作晶體的中心處。
泵浦光源為光纖耦合半導體雷射器，該光纖耦合半導體雷射器的光纖接頭位於平 凸準直鏡的焦點上。 雷射工作晶體為摻釹釩酸釔晶體、摻釹釔鋁石榴石晶體、摻釹氟化釔鋰晶體晶體、 摻釹釩酸釓晶體、摻鐿釔鋁石榴石晶體或摻鉺釔鋁石榴石晶體。
倍頻晶體為三硼酸鋰晶體、六硼酸鋰銫晶體或偏硼酸鋇晶體。 本發明中採用兩組泵浦耦合聚焦系統共同進行雙端面泵浦雷射工作晶體，同現有 技術相比，能獲得更大功率的綠雷射。本發明具有綠雷射轉換效率高、重複頻率高且脈衝寬 度窄等優點，同時本發明中的泵浦耦合聚焦系統可以做成模塊，因此本發明可實現整機結 構模塊化，具有簡單牢靠、環境適應性強及性能穩定的效果。


圖1為本發明高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器的光路結構示意圖。
具體實施例方式
現配合附圖及具體實施例就本發明的結構特徵及能達到的功效，作如下詳細說 明。 本發明高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器用於產生綠光，其包括有兩組泵浦 耦合聚焦系統1及一個諧振腔2，該兩組泵浦耦合聚焦系統1分別位於諧振腔2的兩端，且 泵浦耦合聚焦系統1發出的泵浦光射入諧振腔2內雙端面泵浦諧振腔2內的雷射工作物 質。該泵浦耦合聚焦系統1包括有泵浦光源10、平凸準直鏡11、平面折反鏡12及平凸聚焦 鏡13，其中平凸準直鏡11與平凸聚焦鏡13為透鏡，泵浦光源IO位於平凸準直鏡11的焦點 上，平凸準直鏡11位於泵浦光源10與平面折反鏡12之間，平凸準直鏡11的光軸與平面折 反鏡12的鏡面呈45。夾角，平凸聚焦鏡13的光軸與平面折反鏡12的鏡面也呈45。夾角， 且平凸準直鏡11的光軸與平凸聚焦鏡13的光軸垂直。本發明中的泵浦光源10為光纖耦 合半導體雷射器，其光纖接頭位於平凸準直鏡11的焦點上。 本發明中的諧振腔2採用"U"形或"丌"形平-平腔，其包括有前端平面鏡20、後端 平面鏡21、平面輸出鏡22與平面斜反鏡23，構成法布裡珀羅諧振腔，前端平面鏡20與後端 平面鏡21分別為諧振腔2的前後腔鏡，前端平面鏡20與平面輸出鏡22組成諧振腔2的左 臂，且前端平面鏡20與平面輸出鏡22之間呈45°夾角，後端平面鏡21與平面斜反鏡23組 成諧振腔2的右臂，且後端平面鏡21與平面斜反鏡23之間呈45°夾角，平面輸出鏡22與 平面斜反鏡23垂直。前端平面鏡20與後端平面鏡21為腔體前後的全反射鏡，前端平面鏡 20鍍有對基頻光和二次諧波光全反射的膜層，後端平面鏡21鍍有對基頻光全反射的膜層， 平面輸出鏡22鍍有對基頻光高反射、對二次諧波光高透射及對泵浦光高透射的膜層，平面 斜反鏡23鍍有對基頻光高反射、對泵浦光高透射的膜層。平面輸出鏡22與平面斜反鏡23 之間設有雷射工作晶體24，諧振腔2左臂的前端平面鏡20與平面輸出鏡22之間設有倍頻 晶體25，諧振腔2右臂的後端平面鏡21與平面斜反鏡23之間設有Q開關26。平面輸出鏡 22位於其中一組泵浦耦合聚焦系統1中的平凸聚焦鏡13與雷射工作晶體24之間，平面斜 反鏡23位於另一組泵浦耦合聚焦系統1的平凸聚焦鏡13與雷射工作晶體24之間，且兩組 泵浦耦合聚焦系統1的平凸聚焦鏡13的焦點均位於雷射工作晶體24的中心處。
由於光纖耦合半導體雷射器的光纖接頭位於平凸準直鏡11的焦點上，光纖耦合 半導體雷射器發出的發散的泵浦光經過平凸準直鏡11後被準直為平行光，經過平面折反 鏡12反射後平行進入平凸聚焦鏡13，兩組泵浦耦合聚焦系統1的泵浦光分別透過平面輸出 鏡22與平面斜反鏡23從雷射工作晶體24的兩個端面入射並聚焦在雷射工作晶體24的中 心處，雙端面泵浦雷射工作晶體24，並產生波長為1064nm的紅外基頻光，通過Q開關26調 Q，實現高重複頻率窄脈寬的1064nm紅外基頻光振蕩。通過平面輸出鏡22與平面斜反鏡23 及後端平面鏡21的反射，基頻光第一次通過倍頻晶體25，一部分基頻光經過倍頻作用轉換 成波長為532nm的綠雷射，通過倍頻晶體25的綠雷射和剩餘未發生倍頻的基頻光被前端平 面鏡20反射回倍頻晶體25，再次進行二次諧波轉換，之後二次諧波光，即綠雷射透過平面 輸出鏡22全部輸出，並把雙程倍頻後剩餘的未發生倍頻的基頻光反射回雷射工作晶體24 中，繼續進行受激輻射放大。 本發明中的雷射工作晶體24採用對泵浦光有較高的吸收係數和較大的受激發射 截面的摻釹釩酸釔(Nd:YV04)晶體，其摻雜濃度小於0.5at^ ;本發明中的雷射工作晶體 24還可以採用摻釹紀鋁石榴石(Nd:YAG)晶體、摻釹氟化紀鋰(Nd:YLF)晶體、摻釹釩酸禮 (Nd:GdVO》晶體、摻鐿釔鋁石榴石(Yb:YAG)晶體或摻鉺釔鋁石榴石(Er:YAG)晶體。本發明 的倍頻晶體25採用臨界相位匹配的三硼酸鋰(LBO)晶體，工作溫度為室溫，其相位匹配角 為90° ，方位角為11. 4° ;本發明的倍頻晶體25還可採用六硼酸鋰銫(CLBO)或偏硼酸鋇 (BBO)等非線性晶體。本發明的泵浦光源10(即光纖耦合半導體雷射器)、雷射工作晶體24、 Q開關26及倍頻晶體25均採用高控溫精度水冷循環系統進行製冷，控溫精度為±0. rC， 水循環系統為全封閉式迴路。 由於本發明中採用兩組泵浦耦合聚焦系統共同進行雙端面泵浦雷射工作晶體，同
現有技術相比，能獲得更大功率的綠雷射。本發明具有轉換效率高、重複頻率高且脈衝寬度
窄等優點，同時本發明中的泵浦耦合聚焦系統可以做成模塊，因此本發明整機結構簡單牢
靠，環境適應性強，性能穩定。適用於先進工業加工中的精密加工領域。 以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
一種高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，其包括有兩組泵浦耦合聚焦系統及一個諧振腔，所述兩組泵浦耦合聚焦系統分別位於所述諧振腔的兩端，所述泵浦耦合聚焦系統發出的泵浦光射入所述諧振腔內雙端面泵浦所述諧振腔內的雷射工作晶體。
2. 如權利要求1所述的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，所述泵 浦耦合聚焦系統包括有泵浦光源、平凸準直鏡、平面折反鏡及平凸聚焦鏡，所述泵浦光源位 於所述平凸準直鏡的焦點，所述平凸準直鏡位於所述泵浦光源與所述平面折反鏡之間，所 述平凸準直鏡的光軸與所述平面折反鏡的鏡面呈45°夾角，所述平凸聚焦鏡的光軸與所述 平面折反鏡的鏡面呈45°夾角，所述平凸準直鏡的光軸與所述平凸聚焦鏡的光軸垂直。
3. 如權利要求2所述的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，所述諧 振腔為"U"形或"丌"形平-平腔，所述諧振腔包括有前端平面鏡、後端平面鏡、平面輸出 鏡與平面斜反鏡，所述前端平面鏡與所述後端平面鏡分別為所述諧振腔的前後腔鏡，所述 前端平面鏡與所述平面輸出鏡組成所述諧振腔的左臂，所述前端平面鏡與所述平面輸出鏡 之間呈45°夾角，所述後端平面鏡與所述平面斜反鏡組成所述諧振腔的右臂，所述後端平 面鏡與所述平面斜反鏡之間呈45°夾角，所述平面輸出鏡與所述平面斜反鏡垂直；所述平 面輸出鏡與所述平面斜反鏡之間設有所述雷射工作晶體，所述諧振腔左臂的前端平面鏡與 平面輸出鏡之間設有倍頻晶體，所述諧振腔右臂的後端平面鏡與平面斜反鏡之間設有Q開 關；所述平面輸出鏡位於所述雷射工作晶體與所述其中一組泵浦耦合聚焦系統中的平凸聚 焦鏡之間，所述平面斜反鏡位於所述雷射工作晶體與所述另一組泵浦耦合聚焦系統的平凸 聚焦鏡之間，且所述兩組泵浦耦合聚焦系統的平凸聚焦鏡的焦點均位於所述雷射工作晶體 的中心處。
4. 如權利要求2所述的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，所述泵 浦光源為光纖耦合半導體雷射器，該光纖耦合半導體雷射器的光纖接頭位於所述平凸準直 鏡的焦點上。
5. 如權利要求3所述的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，所述激 光工作晶體為摻釹釩酸釔晶體、摻釹釔鋁石榴石晶體、摻釹氟化釔鋰晶體、摻釹釩酸釓晶體、摻鐿釔鋁石榴石晶體或摻鉺釔鋁石榴石晶體。
6. 如權利要求3所述的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其特徵在於，所述倍 頻晶體為三硼酸鋰晶體、六硼酸鋰銫晶體或偏硼酸鋇晶體。
全文摘要
本發明公開了一種高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，其包括有兩組泵浦耦合聚焦系統及一個諧振腔，該兩組泵浦耦合聚焦系統分別位於諧振腔的兩端，泵浦耦合聚焦系統發出的泵浦光射入諧振腔內雙端面泵浦諧振腔內的雷射工作晶體。藉由本發明的高重複頻率窄脈寬半導體泵浦綠雷射器，可以達到產生的綠雷射光束質量好、且轉換效率高的優點。
文檔編號H01S3/081GK101719625SQ200910250019
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者盧飛星, 閔大勇 申請人:武漢華工雷射工程有限責任公司