寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器的製作方法

2023-07-16 21:04:21 3

專利名稱：寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器的製作方法
技術領域：
[0001]本實用新型屬於雷射技術領域，特別涉及一種寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器。
背景技術：
隨著雷射技術的不斷發展，其應用領域也越來越廣泛，同時，對雷射參數的要求也越來越高。為了獲得高的峰值功率和窄脈衝寬度，需要調Q技術，調Q技術包括轉鏡調Q，染料調Q，電光調Q，聲光調Q等。目前最常用的調Q方式為聲光調Q，聲光調Q工作穩定，一般脈衝寬度可以達到數十納秒(ns)，頻率不高於200KHZ。電光調Q的優點是可以得到更窄的脈寬和更高的峰值功率。但是由於電光晶體容易潮解，這將極大影響使用壽命。這兩種調Q方式都需要使用電子驅動設備來控制調Q的頻率，故稱為主動調Q。後來出現一種利用晶體的可飽和吸收效應進行調Q的技術，如用Cr4+ :YAG等晶體，其作用機理是利用飽和吸收效應，不需要外加的驅動控制源，故後來這種調Q技術稱為被動調Q技術。被動調Q與主動調Q相比，晶體的被動調Q可以獲得更窄的脈衝寬度，更高的重複頻率，且工作穩定，壽命長。因此被動調Q在諸多領域有著廣泛的應用。但是被動調Q雷射器的雷射脈衝輸出無法通過外部控制實現輸出雷射頻率的調節，在固定的泵浦功率和諧振腔構架條件下，雷射的輸出頻率是固定不變的，這限制了其在某些需要與其他系統同步或需要主動控制雷射脈衝輸出頻率的場合的應用。而對於現有的通過聲光和電光調Q手段實現脈衝雷射輸出的半導體泵浦全固態雷射器，由於存在複雜的電結構和昂貴的造價，限制了雷射器性能的穩定性以及雷射器的普及應用。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種內部結構為線性直腔結構並插入調Q晶體和頻率拓寬原件-可變衰減器的，寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器。為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案具體如下—種寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，包括半導體雷射器，半導體雷射器座，光學耦合鏡組，光學耦合鏡組座，反射腔鏡，反射腔鏡座，雷射晶體，雷射晶體座，被動調Q晶體，被動調Q晶體座，輸出腔鏡，輸出腔鏡座，基板，以及外殼；所述半導體雷射器固定於半導體雷射器座上；光學耦合鏡組固定於光學耦合鏡組座中；反射腔鏡固定在反射腔鏡座內；雷射晶體固定在雷射晶體座內；被動調Q晶體固定在被動調Q晶體座內；輸出腔鏡固定在輸出腔鏡座內；輸出腔鏡座均固定在基板上，罩在外殼中；輸出腔鏡和反射腔鏡對稱放置；該雷射器在被動調Q晶體和輸出腔鏡間的光路中，還設有可變衰減器，所述可變衰減器固定在可變衰減器旋轉驅動器上；所述可變衰減器和可變衰減器旋轉驅動器可以使通過的雷射的頻率調整為符合被動調Q晶體的初始透過率的頻率。在上述技術方案中，所述雷射晶體的靠近半導體雷射器的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系。在上述技術方案中，所述可變衰減器雙面都設有寬帶的多層增透膜，其中一面還鍍有NiCrFe寬帶減光膜。在上述技術方案中，所述NiCrFe寬帶減光膜工作在可見光區和近紅外光區。在上述技術方案中，所述可變衰減器的基底材料為K9玻璃，雙面的平行度優於30秒。本實用新型的積極效果是由於採用簡單直腔結構，腔內插入被動調Q晶體和可變衰減器的結合，在固定的泵浦功率下，實現了被動調Q雷射器輸出雷射頻率的寬範圍調諧，優點是彌補了被動調Q雷射器不能調節雷射輸出頻率的缺點，且保證了被動調Q輸出雷射的優異特性，即脈寬窄且不需要昂貴的器件，突破了傳統被動調Q雷射器的應用瓶頸，兼顧了雷射特性與頻率調節的實際應用需求，取代了傳動的聲光調Q和電光調Q的器件，減小了整個系統的體積，為實現小型化，高效化，產品化的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器打下了基礎。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為本實用 新型的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器的具體結構示意圖。圖中的附圖標記表不為1-半導體雷射器，2-半導體雷射器座，3-光學耦合鏡組，4-光學耦合鏡組座，5-反射腔鏡，6-反射腔鏡座，7-雷射晶體，8-雷射晶體座，9-被動調Q晶體，10-被動調Q晶體座，11-可變衰減器，12-可變衰減器旋轉驅動器，13-輸出腔鏡，14-輸出腔鏡座，15-基板，16-外殼。
具體實施方式
本實用新型的發明思想為採用簡單直腔結構，腔內插入被動調Q晶體和可變衰減器的結合，在固定的泵浦功率下，實現了被動調Q雷射器輸出雷射頻率的寬範圍調諧。
以下結合附圖對本實用新型做以詳細說明。本實用新型的技術方案如圖1所示，一種寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，由半導體雷射器1，半導體雷射器座2，光學耦合鏡組3，光學耦合鏡組座4，反射腔鏡5，反射腔鏡座6，雷射晶體7，雷射晶體座8，被動調Q晶體9，被動調Q晶體座10，可變衰減器11，可變衰減器旋轉驅動器12，輸出腔鏡13，輸出腔鏡座14，基板15，外殼16組成；其中半導體雷射器I固定於銅製的半導體雷射器座2上，光學耦合鏡組3固定於光學耦合鏡組座4中，反射腔鏡5固定在反射腔鏡座6內，雷射晶體7固定在雷射晶體座8內，被動調Q晶體9固定在被動調Q晶體座10內，可變衰減器11固定在可變衰減器旋轉驅動器12上，輸出腔鏡13固定在輸出腔鏡座14內，半導體雷射器座2，光學耦合鏡組座4，反射腔鏡座6，雷射晶體座8，被動調Q晶體座10，可變衰減器旋轉驅動器12，輸出腔鏡座14均固定在基板15上，罩在外殼16中；在雷射器的光路中，在被動調Q晶體和輸出腔鏡間安裝可變衰減器，輸出腔鏡和反射腔鏡對稱放置；其中設泵浦光與基頻光的波長分別為λ p，Al,固定在銅製半導體雷射器座2上的半導體雷射器I發射與雷射晶體7吸收譜相對應波長的雷射，波長為λ ρ，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座4中的泵浦光學耦合鏡組3注入到雷射晶體7中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，反射腔鏡5靠近半導體雷射器I的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光增透和λ I波長基頻光的高反膜系，雷射晶體7的靠近半導體雷射器I的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，雷射晶體7的另一個通光面鍍膜為λ I波長基頻光的增透膜系，被動調Q晶體9雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系，可變衰減器11雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡13靠近半導體雷射器I的一端鍍膜為對λ I波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對λ I波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡5和輸出腔鏡13的靠近半導體雷射器I的兩個端面形成諧振腔，基頻光在雷射晶體7內進行增益，被動調Q晶體9對基頻光進行調Q，而可變衰減器11對被動調Q晶體9的初始透過率和腔內損耗進行調節，實現寬脈衝頻率調節範圍的半導體泵浦全固態被動調Q脈衝雷射的穩定輸出。所述的線性直腔內插入可變衰減器，對諧振腔在固定泵浦功率下的被動調Q初始透過率和腔內損耗進行調節，以實現被動調Q的雷射脈衝頻率寬範圍的調諧。腔內插入可變衰減器11，其表面有穩定的NiCrFe寬帶減光膜，工作在可見光區和近紅外光區，基頻光的透過率可以根據旋轉可變衰減器而線性變化。衰減器的基底材料為Κ9玻璃，平行度優於30秒，雙面都有寬帶的多層增透膜，其中一面還鍍有NiCrFe膜。在固定泵浦功率下，腔內的被動調Q晶體會使得基頻光以某一固定的頻率輸出腔外，形成脈衝雷射，但在固定泵浦功率下由於被動調Q晶體的初始透過率不可變，所以脈衝雷射的頻率也不可調。現在腔內的被動調Q晶體和可變衰減器配合，通過驅動控制可變衰減器的旋轉，即可以實現在固定泵浦功率下，諧振腔內Q值的連續變化，即改變腔內對基頻光的初始透過率，以實現調Q雷射輸出的頻率寬範圍調節。所述泵浦源為半導體雷射，通過溫控系統保證泵浦光波長與雷射晶體的吸收波長相同。所述被動調Q原理，即有可飽和吸收體作為調Q的原件，這種材料隨著能量密度的增大而變得透明起來，在能量 密度達到某一很高的值時，材料就會飽和或漂白，從而導致產生很高的透過率。可飽和吸收體中的漂白過程是基於光譜躍遷的飽和，如果將對雷射波長具有高吸收率的材料安放在雷射器諧振腔內，就會在最開始的時候阻止雷射振蕩的發生，隨著增益在泵浦脈衝期間的增大並超過往返損耗時，腔內的光通量會急劇增大，導致被動Q開光達到飽和，在這種條件下損耗很低，從而建立雷射脈衝。當本實用新型用於獲得1064nm脈衝雷射輸出時，固定在銅製半導體雷射器座2上的半導體雷射器I發射與雷射晶體7Nd:YAG吸收譜相對應波長的雷射，波長為808nm，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座4中的泵浦光學耦合鏡組3注入到雷射晶體7Nd:YAG中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光808nm波長的增透膜系，反射腔鏡5靠近半導體雷射器I的一端鍍膜為對808nm波長泵浦光的增透膜系，另一端為對808nm波長泵浦光增透和1064nm波長基頻光的高反膜系，雷射晶體7Nd: YAG的靠近泵浦源的一端鍍808nm和1064nm的增透膜系，另一個通光面鍍膜為1064nm波長基頻光的增透膜系，被動調Q晶體9Cr4+: YAG雙面鍍對1064nm波長基頻光的增透膜系，可變衰減器11雙面鍍對1064nm波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡13靠近半導體雷射器I的一端鍍膜為對1064nm波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對1064nm波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡5的和輸出腔鏡13的靠近半導體雷射器I的兩個端面形成諧振腔，基頻光在雷射晶體7Nd: YAG內進行增益，被動調Q晶體9Cr4+: YAG對基頻光進行調Q，而可變衰減器11對被動調Q晶體9Cr4+: YAG的初始透過率和腔內損耗進行調節，實現寬脈衝頻率調節範圍的半導體泵浦全固態被動調Q脈衝雷射的穩定輸出，雷射的頻率調節範圍從自由頻率的IOKHz固定頻率擴展到IKHz到IOOKHz的連續可調。本實用新型的積極效果是採用簡單直腔結構，腔內插入被動調Q晶體和可變衰減器的結合，在固定的泵浦功率下，實現了被動調Q雷射器輸出雷射頻率的寬範圍調諧，優點是將彌補了被動調Q雷射器不能調節雷射輸出頻率的缺點，且保證了被動調Q輸出雷射的優異特性，即脈寬窄且不需要昂貴的器件，突破了傳統被動調Q雷射器的應用瓶頸，兼顧了雷射特性與頻率調節的實際應用需求，取代了傳動的聲光調Q和電光調Q的器件，減小了整個系統的體積，為實現小型化，高效化，產品化的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器打下了基礎。 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求1.一種寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，包括 半導體雷射器(1)，半導體雷射器座(2)，光學耦合鏡組(3)，光學耦合鏡組座(4)，反射腔鏡(5)，反射腔鏡座(6)，雷射晶體(7)，雷射晶體座(8)，被動調Q晶體(9)，被動調Q晶體座(10)，輸出腔鏡(13)，輸出腔鏡座(14)，基板(15)，以及外殼(16);所述半導體雷射器(I)固定於半導體雷射器座(2)上；光學耦合鏡組(3)固定於光學耦合鏡組座(4)中；反射腔鏡(5 )固定在反射腔鏡座(6 )內；雷射晶體(7 )固定在雷射晶體座(8 )內；被動調Q晶體(9 )固定在被動調Q晶體座(10)內；輸出腔鏡(13)固定在輸出腔鏡座(14)內；輸出腔鏡座(14)均固定在基板(15)上，罩在外殼(16)中；輸出腔鏡(13)和反射腔鏡(5)對稱放置； 其特徵在於，該雷射器在被動調Q晶體(9)和輸出腔鏡(13)間的光路中，還設有可變衰減器(11)和可變衰減器旋轉驅動器(12)，所述可變衰減器(11)固定在可變衰減器旋轉驅動器(12)上； 所述可變衰減器(11)和可變衰減器旋轉驅動器(12)可以使通過的雷射的頻率調整為符合被動調Q晶體(9)的初始透過率的頻率。
2.根據權利要求1所述的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，其特徵在於，所述雷射晶體(7)的靠近半導體雷射器(I)的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透月旲系。
3.根據權利要求1或2所述的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，其特徵在於，所述可變衰減器(11)雙面都設有寬帶的多層增透膜，其中一面還鍍有NiCrFe寬帶減光膜。
4.根據權利要求3所述的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，其特徵在於，所述NiCrFe寬帶減光膜工作在可見光區和近紅外光區。
5.根據權利要求1所述的寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，其特徵在於，所述可變衰減器(11)的基底材料為K9玻璃，雙面的平行度優於30秒。
專利摘要本實用新型涉及一種寬脈衝頻率調節範圍的半導體雷射泵浦全固態雷射器，包括半導體雷射器，半導體雷射器座，光學耦合鏡組，光學耦合鏡組座，反射腔鏡，反射腔鏡座，雷射晶體，雷射晶體座，被動調Q晶體，被動調Q晶體座，輸出腔鏡，輸出腔鏡座，基板，以及外殼；該雷射器在被動調Q晶體和輸出腔鏡間的光路中，還設有可變衰減器和可變衰減器旋轉驅動器，所述可變衰減器固定在可變衰減器旋轉驅動器上；所述可變衰減器和可變衰減器旋轉驅動器可以使通過的雷射的頻率調整為符合被動調Q晶體的初始透過率的頻率。本實用新型彌補了被動調Q雷射器不能調節雷射輸出頻率的缺點，保證了被動調Q輸出雷射的優異特性。
文檔編號H01S3/0941GK202872169SQ20122050429
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者李斌, 姚矣, 鄭權 申請人:長春新產業光電技術有限公司