可調諧鈦寶石雷射器的製作方法

2023-04-28 04:33:41

專利名稱：可調諧鈦寶石雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射器，尤其涉及可調諧鈦寶石雷射器。
背景技術：
文獻S.G.Bartoshevich et al.，Sov.J.QE.，1989，19(2)138公開了銅蒸汽雷射作為泵浦源的鈦寶石雷射器；文獻P.F.Moulton，1 st Annual Conference on Tunable SolidState Laser，La Jolla，Colf.，1984公開了氬離子雷射作為泵浦源的鈦寶石雷射器；文獻A.J.Brown et al.，Laser Focus World.，1991，Vol.1，No.244閃光燈作為泵浦源的鈦寶石雷射器。上述鈦寶石雷射器存在體積大、電-光轉換效率低、結構複雜和輸出功率低等缺點。

發明內容
為克服現有技術的不足，本實用新型的目的是提供可以帶來如下效果的可調諧鈦寶石雷射器體積小、電-光轉換效率高、結構簡單和輸出功率高且穩定。
本實用新型採用的技術方案是，一種可調諧鈦寶石雷射器由泵浦源、耦合系統和諧振腔組成，所述的泵浦源包括第一平面鏡和第三平面鏡構成的平-平腔結構，在第一平面鏡和第三平面鏡之間自第一平面鏡開始依次設有對基頻光進行調製的開關器件、最初光學泵浦源、第二平面諧波鏡和倍頻晶體，第二平面諧波鏡和第三平面鏡及其之間設置的倍頻晶體組成倍頻腔；所述的耦合系統為依次包括第一45度全反鏡、第二45度全反鏡和耦合透鏡，用以將泵浦源產生的泵浦光耦合進諧振腔的耦合系統，第一45度全反鏡(M6)與第三平面鏡(M3)耦合，耦合透鏡(L)與第四平面鏡(M4)耦合；所述的諧振腔包括第四平面鏡和第五平面鏡構成的平-平腔結構，在上述平-平腔結構內泵浦光的焦點處，設有由一個水冷裝置冷卻的鈦寶石晶體，鈦寶石晶體中心軸線垂直於晶軸，兩通光端面以布魯斯特角切割，且兩通光表面的法線與晶軸處於同一平面內，泵浦光與通光表面的法線成60°夾角，第五平面鏡與鈦寶石晶體間以布魯斯特角設有單片雙摺濾光片。
其中，所述第一平面鏡和第三平面鏡構成的平-平腔結構，腔長為150mm；第一平面鏡鍍基頻光1064nm全反膜；第二平面諧波鏡鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；第三平面鏡鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。
所述的最初光學泵浦源為按照等邊三角形排列、採用側向泵浦方式泵浦雷射介質的雷射二極體陣列，雷射介質為產生1064nm基頻光的摻雜濃度為1％的NdYAG，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。
所述的倍頻晶體為KTP晶體，採用II類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
所述的開關器件中晶體為φ8mm×10mm×50mm的熔石英，調製頻率為2～30KHz。
所述的第四平面鏡和第五平面鏡構成的平-平腔結構，腔長為150mm；第四平面鏡鍍泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第五平面鏡鍍750～850nm半透膜，透過率為15％。
或者所述的第四平面鏡(M4)和第五平面鏡(M5)構成的平-平腔結構，腔長為150mm；第四平面鏡(M4)鍍泵浦光增透膜，g50～950nm全反膜；第五平面鏡(M5)鍍850～950nm半透膜，透過率為10％。
所述的第一45度全反鏡、第二45度全反鏡為532nm波段45°全反鏡，耦合透鏡為凸透鏡，焦距為100mm。
所述的鈦寶石晶體尺寸為5×5×16mm。
本實用新型提供的可調諧鈦寶石雷射器可以帶來如下效果由於採用本實用新型中的泵浦源，可以獲得更高的泵浦功率和可調諧鈦寶石雷射器輸出功率及穩定度，並且可以大大的縮小雷射器的體積。
採用開關器件對基頻光進行調製，可提高一級雷射裝置的輸出峰值功率。
為了增大耦合效率，同時降低調整光路的難度，利用兩片45°全反鏡和一個凸透鏡作為耦合系統，採用簡單的平-平腔結構來實現鈦寶石雷射器的諧振腔，採用單片雙摺濾光片作為調諧元件，減小了插入損耗，壓縮了諧振腔的尺寸，提高了雷射器的可操作性。
更主要的是，由於本實用新型的整體結構，因而和脈衝鈦寶石雷射器相比，本實用新型提供的鈦寶石雷射可以以更高的重複頻率運轉；和連續鈦寶石雷射器相比，本實用新型中提供的鈦寶石雷射可以實現更高的輸出功率。


圖1為本實用新型整體結構圖，並作為摘要附圖。
圖2為最初的光學泵浦源結構圖。
圖3是諧振腔結構圖。
具體實施方式
本實用新型整體結構如圖1所示。P為鈦寶石雷射器諧振腔的泵浦源，L為一個耦合聚焦透鏡，T為可調諧鈦寶石雷射器的諧振腔。
M1和M3構成了P的平-平腔結構，腔長為330mm。M2和M3組成了KTP倍頻腔。腔鏡的參數如下M1是平面鏡，鍍基頻光1064nm全反膜；M2是平面諧波鏡，鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；M3是平面鏡，鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。LD為雷射二極體陣列，作為最初的光學泵浦源，按照等邊三角形排列，採用側向泵浦的方式泵浦雷射介質，具體結構見圖2，雷射二極體陣列LD產生的光經Cylindrical Lens透鏡射入帶外罩HR Coating的導流管Flow Tube。摻雜濃度為1％的NdYAG作為產生1064nm基頻光的雷射介質，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，增加泵浦光的吸收，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。倍頻晶體採用KTP晶體，採用II類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。Q開關器件由英國NEOS公司生產，其中晶體為φ8mm×10mm×50mm的熔石英，調製頻率為2~30KHz。
532nm泵浦光通過兩片532nm波段45°全反鏡M6、全反鏡M7和一片耦合透鏡L進入T，L焦距為100mm。
M4和M5構成了T的平-平腔結構，腔長為60mm。腔鏡參數如下M4為平面鏡，鍍泵浦光增透膜，750~850nm全反膜；M5為平面鏡，鍍750~850nm半透膜，透過率為15％。鈦寶石晶體尺寸5×5×16mm，放置於腔內泵浦光的焦點處，由一個水冷裝置冷卻。鈦寶石晶體Ti(sapphire)中心軸線垂直於晶軸c，兩通光端面以布魯斯特角切割，且使兩通光表面的法線與晶軸c處於同一平面內，泵浦光與通光表面的法線成60°夾角。如圖3所示，單片雙摺濾光片BF以布魯斯特角放置於腔內，在可調諧雷射器中，通常採用光柵、石英稜鏡和雙摺濾光片等作為調諧元件。光柵和稜鏡加工難度大，雷射器結構複雜，可操作性差，而且多適用於脈衝泵浦源。本實用新型在鈦寶石雷射器的諧振腔(二級雷射裝置)中採用單片雙摺濾光片作為調諧元件，減小了插入損耗，壓縮了諧振腔的尺寸，提高了雷射器的可操作性。
到目前為止，雖然以本實用新型的實施例為中心進行了詳細的說明，但是在本實用新型所屬技術領域內具有一般知識的人員在本實用新型的基本技術思想範圍內可以提出很多變形和應用。這些變形和應用都應該屬於本實用新型的範圍內。
本實用新型提供的可調諧鈦寶石雷射器可以帶來如下效果第一點，採用本裝置中的一級雷射裝置，可以獲得更高的泵浦功率，泵浦功率可以達到30W。
第二點，可以大大的縮小雷射器的體積，整個裝置的尺寸為400mm×300mm。
第三點，本實用新型提供的全固態、高功率、高光束質量、準連續可調諧鈦寶石雷射器的輸出功率最大為3W，大大高於連續鈦寶石雷射器的輸出功率指標。
第四點，本實用新型提供的全固態、高功率、高光束質量、準連續可調諧鈦寶石雷射器重複頻率為10KHz，大大高於脈衝鈦寶石雷射器的重複頻率。
第五點，本實用新型提供的鈦寶石雷射光束質量M2＜5，鈦寶石雷射脈衝寬度＜80ns，鈦寶石雷射線寬2nm，調諧範圍750-950nm。
第六點，本實用新型提供的全固態、高功率、高光束質量、準連續可調諧鈦寶石雷射器輸出功率的穩定度為5％。
發明提供的可調諧鈦寶石雷射器不僅在科學研究領域有著重要的學術價值，而且在工業生產和軍事領域還有極其重要的現實意義。作為一種結構更為緊湊、運行更為可靠、維護更為簡便的新型光源，本專利對於雷射光譜分析、雷射化學、光動力學、新型光學材料的研究、光通訊、大氣光學、醫學光學、汙染檢測、雷射泵浦、雷射放大、雷射遙感、雷射雷達等領域有著極其廣闊的應用前景。
權利要求1.一種可調諧鈦寶石雷射器由泵浦源、耦合系統和諧振腔組成，其特徵是所述的泵浦源包括第一平面鏡(M1)和第三平面鏡(M3)構成的平-平腔結構，在第一平面鏡(M1)和第三平面鏡(M3)之間自第一平面鏡(M1)開始依次設有對基頻光進行調製的開關器件(Q)、最初光學泵浦源、第二平面諧波鏡(M2)和倍頻晶體，第二平面諧波鏡(M2)、第三平面鏡(M3)及其之間設置的倍頻晶體組成倍頻腔；所述的耦合系統為依次包括第一45度全反鏡(M6)、第二45度全反鏡(M7)和耦合透鏡(L)，用以將泵浦源產生的泵浦光耦合進諧振腔的耦合系統，第一45度全反鏡(M6)與第三平面鏡(M3)耦合，耦合透鏡(L)與第四平面鏡(M4)耦合；所述的諧振腔包括第四平面鏡(M4)和第五平面鏡(M5)構成的平-平腔結構，在上述平平腔結構內泵浦光的焦點處，設有由一個水冷裝置冷卻的鈦寶石晶體，鈦寶石晶體中心軸線垂直於晶軸(c)，兩通光端面以布魯斯特角切割，且兩通光表面的法線與晶軸(c)處於同一平面內，泵浦光與通光表面的法線成60°夾角，第五平面鏡(M5)和鈦寶石晶體間以布魯斯特角設有單片雙摺濾光片(BF)。
2.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述第一平面鏡(M1)和第三平面鏡(M3)構成的平-平腔結構，腔長為330mm；第一平面鏡(M1)鍍基頻光1064nm全反膜；第二平面諧波鏡(M2)鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；第三平面鏡(M3)鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。
3.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的最初光學泵浦源為按照等邊三角形排列、採用側向泵浦方式泵浦雷射介質的雷射二極體陣列(LD)，雷射介質為產生1064nm基頻光的摻雜濃度為1％的Nd:YAG，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。
4.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的倍頻晶體為KTP晶體，採用II類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
5.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的開關器件(Q)中晶體為φ8mm×10mm×50mm的熔石英，調製頻率為2～30KHz。
6.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的第四平面鏡(M4)和第五平面鏡(M5)構成的平-平腔結構，腔長為150mm；第四平面鏡(M4)鍍泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第五平面鏡(M5)鍍750～850nm半透膜，透過率為15％。
7.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的第四平面鏡(M4)和第五平面鏡(M5)構成的平-平腔結構，腔長為150mm；第四平面鏡(M4)鍍泵浦光增透膜，850～950nm全反膜；第五平面鏡(M5)鍍850～950nm半透膜，透過率為10％。
8.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的第一45度全反鏡(M6)、第二45度全反鏡(M7)為532nm波段45°全反鏡，耦合透鏡(L)為凸透鏡，焦距為100mm。
9.根據權利要求1所述的一種可調諧鈦寶石雷射器，其特徵是，所述的鈦寶石晶體尺寸為5×5×16mm。
專利摘要本實用新型涉及雷射器，尤其涉及可調諧鈦寶石雷射器。為提供可以帶來如下效果的可調諧鈦寶石雷射器體積小、電－光轉換效率高、結構簡單和輸出功率高且穩定，本實用新型採用的技術方案是可調諧鈦寶石雷射器由泵浦源、耦合系統和諧振腔組成，所述的泵浦源包括第一平面鏡和第三平面鏡構成的平－平腔結構；在第一平面鏡和第三平面鏡之間自第一平面鏡開始依次設有對基頻光進行調製的開關器件、最初光學泵浦源、第二平面諧波鏡、倍頻晶體；所述的耦合系統用以將泵浦源產生的泵浦光耦合進諧振腔；所述的諧振腔包括第四平面鏡和第五平面鏡構成的平－平腔結構。本實用新型主要用作可調諧雷射光源。
文檔編號H01S3/00GK2694574SQ20042002884
公開日2005年4月20日 申請日期2004年4月26日 優先權日2004年4月26日
發明者丁欣, 姚建銓, 魏權夫, 鄒雷, 於意仲, 溫午麟 申請人:天津大學