透明陶瓷雷射器的製作方法

2023-07-04 20:43:56

專利名稱：透明陶瓷雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種以透明陶瓷為工作介質的小型雷射器。
背景技術：
透明陶瓷種類繁多，先後開發出Y203、Mg0、TiO2, ThO2, Lu203、Sc203、Y3Al5O12(YAG)、 MgAl2O4^AlON,ZnS和MgF2等多種透明陶瓷材料。雷射是透明陶瓷的重要應用領域，與傳統 雷射晶體相比雷射陶瓷具有摻雜濃度高、散熱性能好等優點。1995年，日本科學家IKesue 等採用直徑小於2 μ m的A1203、Y2O3和Nd2O3粉末作為初始原料成功製備出Nd: YAG透明陶 瓷，並首次用LD泵浦實現了 Nd: YAG透明陶瓷雷射器的雷射輸出，IKESUE A.，KIN000SHITA Τ. , KAMATA K. , et al. Fabrication and optical properties of high-performance polycrystallineNd:YAG ceramics for solid-state lasers, J. Am. Ceram. Soc. ,1995, 78,1033-1040。2006年，美國Livemore實驗室利用日本Konishima公司提供的Nd:YAG透 明陶瓷組成固體熱容雷射器，獲得了 67000w的雷射輸出，UEDA K. Welcome and Opening Remarks[C]//The 2nd International Laser CeramicSymposium,Tokyo,2006. 。 2007 年， 中國科學院上海矽酸鹽研究所潘裕柏課題組在國內率先研製出高質量Nd:YAG透明陶瓷， 並實現了雷射輸出，最大輸出功率為17mW，光-光轉換效率為1.7%，斜效率為6. 1%，潘裕 柏、徐軍、吳玉松、李江、李勁東、姜本學、陳衛標、馮錫琪、曾燕萍、黃莉萍、郭景坤，Nd:YAG透 明陶瓷的製備與雷射輸出，無機材料學報，21 (5) (2006) 1-3。透明陶瓷製備技術已逐漸走向 成熟，材料成本日趨下降，如何製備大尺寸、高質量的陶瓷材料以及推動其在器件上的應用 成為未來發展的關鍵。目前的研究重點主要集中在透明陶瓷的大功率雷射輸出上，這主要 源於其潛在的軍事用途、工業、醫用燈用途。但從長遠來看，要突破透明陶瓷的應用瓶頸，關 鍵還在於拓展其民用市場，小型化雷射器是雷射透明陶瓷的潛在應用方向。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種以透明陶瓷為工作介質的小型透明陶瓷 雷射器。本發明技術方案一種透明陶瓷雷射器，在水平光軸上依次設置有LD端面泵浦 源、耦合聚光鏡、透鏡、透明陶瓷、倍頻晶體和輸出鏡；以雷射二極體作為泵浦源，LD端面泵 浦源為綠光雷射器，其發出的泵浦光經耦合聚光鏡和透鏡後作用於雷射陶瓷，雷射陶瓷吸 收泵浦光能量後受激輻射形成1064nm基頻振蕩光，基頻光通過倍頻晶體產生532nm倍頻光 經輸出鏡形成綠色雷射，所述雷射器的雷射頭尺寸為20 X 20 X 100mm，供電電源為5VDC，工 作溫度為15 35°C，光束直徑< 2mm，光束髮散角< lmrad，連續波輸出功率為0. 35mW。所述透明陶瓷選自Nd YAG透明陶瓷、Nd GGG透明陶瓷、Yb YAG透明陶瓷或Yb GGG 透明陶瓷其中之一。本發明的有益效果效果本發明以透明陶瓷替代傳統雷射晶體，雷射器發光效率 高、散熱性能好，可以提高雷射輸出功率，有利於實現雷射器的小型化。


圖1是本發明雷射器結構示意圖。1-水平光軸；2-雷射二極體泵浦源；3-808nm光波；4_耦合聚光鏡；5_腔鏡； 6-YAG透明陶瓷；7-1064nm諧振光；8-KTP倍頻晶體；9_532nm、808nm、1064nm光波；10-紅外 濾光鏡；ll_532nm綠光。
具體實施例方式通過實施例對本發明進一步詳細描述，如圖1所示，一種透明陶瓷雷射器，在水平 光軸上依次設置有LD端面泵浦源2、耦合聚光鏡3、透鏡5、透明陶瓷6、倍頻晶體8和輸出 鏡10 ；以雷射二極體作為泵浦源，LD端面泵浦源2為綠光雷射器，其發出的泵浦光經耦合聚 光鏡3和透鏡5後作用於雷射陶瓷6，雷射陶瓷6吸收泵浦光能量後受激輻射形成1064nm 基頻振蕩光，基頻光通過倍頻晶體8產生532nm倍頻光經輸出鏡10形成綠色雷射，所述激 光器的雷射頭尺寸為20 X 20 X 100mm，供電電源為5VDC，工作溫度為15 35°C，光束直徑
<2mm，光束髮散角< lmrad，連續波輸出功率為0. 35mW。所述透明陶瓷6選自Nd:YAG透明陶瓷、Nd:GGG透明陶瓷、Yb:YAG透明陶瓷或 Yb:GGG透明陶瓷其中之一。實施例1如圖1所示，在水平光軸上一次設置有LD端面泵浦源2、耦合聚光鏡3、透鏡5、 Nd:YAG透明陶瓷6、倍頻晶體8、輸出鏡10。LD端面泵浦綠光雷射器，有端面泵浦源2泵 浦，泵浦光經耦合聚光鏡和透鏡後作用於雷射陶瓷，雷射陶瓷吸收泵浦光能量後，發生受激 輻射，形成1064nm基頻振蕩光；基頻光通過倍頻晶體，發生非線性效應，產生532nm倍頻 光，經輸出鏡形成綠色雷射。兩個通光面均鍍1064nm的增透膜，置於光軸上靠近倍頻晶體 處。倍頻晶體採用KTP晶體，兩通光面分別均鍍有1064nm和532nm的增透膜。光束直徑小 於2mm，光束髮散角小於lmrad。工作過程LD端面泵浦源2出射的光經耦合透鏡聚焦和透 鏡後，均勻泵浦YAG透明陶瓷的側面，透明陶瓷吸收泵浦光能量後產生受激輻射，出射基頻 光；基頻光經倍頻晶體8，發生非線性效應，產生倍頻光，倍頻光經輸出鏡輸出。雷射頭尺寸 為20X 20X 100mm，供電電源為5VDC，預熱時間小於5min，工作溫度為15 35°C，光束直徑
<2mm，光束髮散角< lmrad，連續波(CW)輸出功率為0. 35mW。當LD抽運功率為2W時，獲 得最高功率為ImW的532nm連續雷射輸出。實施例2採用實施例1相同工藝，只是改用Yb:YAG透明陶瓷代替YAG透明陶瓷，其餘條件 均同實施例1，同樣獲得了綠光雷射輸出。實施例3採用實施例1相同工藝，只是改用Nd:GGG透明陶瓷代替YAG透明陶瓷，其餘條件 均同實施例1，經過倍頻晶體後，也得到了綠光雷射輸出。實施例4採用實施例1相同工藝，只是改用Yb GGG透明陶瓷代替YAG透明陶瓷，其餘條件 均同實施例1，獲得了綠光雷射輸出。
以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據發明的技術方案所作的任何 等價交換， 均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
一種透明陶瓷雷射器，在水平光軸上依次設置有LD端面泵浦源(2)、耦合聚光鏡(3)、透鏡(5)、透明陶瓷(6)、倍頻晶體(8)和輸出鏡(10)；以雷射二極體作為泵浦源，LD端面泵浦源(2)為綠光雷射器，其發出的泵浦光經耦合聚光鏡(3)和透鏡(5)後作用於雷射陶瓷(6)，雷射陶瓷(6)吸收泵浦光能量後受激輻射形成1064nm基頻振蕩光，基頻光通過倍頻晶體(8)產生532nm倍頻光經輸出鏡(10)形成綠色雷射，所述雷射器的雷射頭尺寸為20×20×100mm，供電電源為5VDC，工作溫度為15～35℃，光束直徑＜2mm，光束髮散角＜1mrad，連續波輸出功率為0.35mW。
2.根據權利要求1所述的透明陶瓷雷射器，其特徵在於所述透明陶瓷(6)選自 Nd YAG透明陶瓷、Nd GGG透明陶瓷、Yb YAG透明陶瓷或Yb GGG透明陶瓷其中之一。
全文摘要
本發明公開了一種透明陶瓷雷射器，在水平光軸上依次設置有LD端面泵浦源、耦合聚光鏡、透鏡、透明陶瓷、倍頻晶體和輸出鏡；以雷射二極體作為泵浦源，LD端面泵浦源為綠光雷射器，其發出的泵浦光經耦合聚光鏡和透鏡後作用於雷射陶瓷，雷射陶瓷吸收泵浦光能量後受激輻射形成1064nm基頻振蕩光，基頻光通過倍頻晶體產生532nm倍頻光經輸出鏡形成綠色雷射，所述雷射器的雷射頭尺寸為20×20×100mm，供電電源為5VDC，工作溫度為15～35℃，光束直徑＜2mm，光束髮散角＜1mrad，連續波輸出功率為0.35mW。本發明可以提高雷射輸出功率，有利於實現雷射器的小型化。
文檔編號H01S3/17GK101814691SQ20101014792
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者劉文斌, 姜本學, 張文照, 徐家躍, 江國健, 潘裕柏, 範研豔, 郝楠, 陳竟斌, 黃佳婧 申請人:上海應用技術學院