一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置的製作方法
2023-04-24 07:11:06 6
專利名稱:一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置的製作方法
技術領域:
本發明屬於雷射技術領域,涉及光纖雷射器,特別涉及一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置。
背景技術:
目前紅光雷射的產生機制主要有由由氪離子氣體雷射器產生紅光、半導體二極體直接產生紅光、由Nd:YVO4/YAG晶體倍頻以及紅寶石雷射器等固體雷射器件產生紅光、利用摻雜Pr等元素的雙包層光纖的上轉換實現紅光輸出。但氪離子氣體雷射器的體積龐大;半導體二極體的紅光輸出質量差,且價格較高;固體雷射器產生紅光主要採用對Nd:YVO4/YAG等雷射晶體進行腔內倍頻實現紅光輸出,一般主要採用直腔或V型腔的結構,雖然體積有了一定的壓縮,輸出光束質量也較好,但由於其具有較強的熱效應,限制了其功率的進一步提高,且需要龐大的冷卻裝置,這樣便增加了固體雷射器裝置結構的複雜性,限制了其體積的進一步壓縮;而利用摻雜Pr等稀土元素的雙包層光纖的上轉換實現紅光輸出的光纖雷射器,雖然具有雙包層光纖雷射器的一些優點,但由於上轉換機理的效率低、穩定性差等固有缺陷限制了其輸出功率的進一步提高。因而提供一種結構簡單、體積小、輸出穩定且光束質量好、功率大的紅光雷射產生裝置具有廣闊的應用前景和重要的科學價值。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足,本發明提供一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其結構簡單,體積小,功率大,輸出穩定且光束質量好。
本發明的技術方案是這樣實現的本發明的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,包括,第一基頻光波系統與第二基頻光波系統平行並排放置,第一基頻光波系統和第二基頻光波系統後設置和頻系統,第一基頻光波系統和第二基頻光波系統的出射光分別入射和頻系統的上端二色鏡和下端二色鏡上。
所述的第一基頻光波系統採用光纖雷射器結構,輸出波長在1080-1100nm間,其構成包括第一雷射二極體LD泵浦源、第一泵浦輸入耦合透鏡組、前端雙色片、末端雙色片、第一雙包層光纖和第一輸出準直透鏡;第一雷射二極體LD泵浦源後設置第一泵浦輸入耦合透鏡組,第一泵浦輸入耦合透鏡組後設置前端雙色片,三者位於同一準直光路,前端雙色片與第一雙包層光纖的左端粘貼,第一雙包層光纖的右端與末端雙色片粘貼,末端雙色片後設置第一輸出準直透鏡;該第一雷射二極體LD泵浦源帶尾纖輸出,中心波長與第一雙包層光纖纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第一泵浦輸入耦合透鏡組採用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組;該前端雙色片鍍對泵浦光高透膜,1080-1100nm間基頻波高反膜,末端雙色片鍍對泵浦光高反膜,1080-1100nm間基頻波增透膜;該第一雙包層光纖作為雷射工作物質,採用Yb摻雜雙包層石英光纖;該第一輸出準直透鏡採用單個非球面透鏡。
所述的第二基頻光波系統採用光纖雷射器結構,輸出波長在1550-1560nm間,其構成包括第二雷射二極體LD泵浦源、第二泵浦輸入耦合透鏡組、第二前端雙色片、第二末端雙色片、第二雙包層光纖和第二輸出準直透鏡;第二雷射二極體LD泵浦源後設置第二泵浦輸入耦合透鏡組,第二泵浦輸入耦合透鏡組後設置第二前端雙色片,三者位於同一準直光路,第二前端雙色片與第二雙包層光纖的左端粘貼,第二雙包層光纖的右端與第二末端雙色片粘貼,第二末端雙色片後設置第二輸出準直透鏡;該第二雷射二極體LD泵浦源帶尾纖輸出,中心波長與第二雙包層光纖纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第二泵浦輸入耦合透鏡組採用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組;該第二前端雙色片鍍對泵浦光高透膜,1550-1560nm間基頻波高反膜,第二末端雙色片鍍對泵浦光高反膜,1550-1560nm間基頻波增透膜;該第二雙包層光纖作為雷射工作物質,採用Yb-Er共摻的雙包層石英光纖;該第二輸出準直透鏡採用單個非球面透鏡。
所述的和頻系統,其構成包括上端二色鏡、下端二色鏡、聚焦透鏡、和頻晶體、輸出準直透鏡和分光稜鏡;上端二色鏡設置在第一基頻光波系統中第一輸出準直透鏡後,並以45°傾角放置,上端二色鏡後依次設置聚焦透鏡、和頻晶體和輸出準直透鏡,且四者位於同一準直光路,輸出準直透鏡後設置分光稜鏡,下端二色鏡設置在第二基頻光波系統中第二輸出準直透鏡後,並以45°傾角平行放置在上端二色鏡的正下方。
該上端二色鏡鍍對1080-1100nm波段的高透膜,鍍對1550-1560nm波段的高反膜;該下端二色鏡鍍對1550-1560nm波段的高反膜;該聚焦透鏡採用一凸透鏡;該和頻晶體採用周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP或周期性極化的鈮酸鋰PPLN非線性晶體;該輸出準直透鏡為單個非球面透鏡;該分光稜鏡採用石英稜鏡。
本發明採用光纖雷射器作為基頻光波產生裝置,具有體積小、性能穩定、光束質量好、輸出功率高等優勢,且所用光纖雷射器是目前成熟的Yb摻雜雙包層光纖雷射器和Yb-Er共摻雙包層光纖雷射器,其輸出光束質量好且已能實現百瓦級以上的高功率輸出,為高功率紅光雷射的產生奠定了基礎;另外,目前非線性光學技術發展迅速,且本發明所採用的周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP或周期性極化的鈮酸鋰PPLN非線性和頻晶體,其和頻效率較高,為高功率紅光雷射的產生提供了保證。本發明有效結合了成熟的光纖雷射器與發展迅速的非線性光學技術,為雷射顯示尤其是雷射電視、雷射醫療,雷射演示等應用領域提供一種體積小、性能穩定、輸出功率高的紅光雷射產生裝置。
附圖為本發明的結構示意圖;下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參照圖1所示,本發明的結構如下第一基頻光波系統1和第二基頻光波系統2輸出的基頻光分別沿上下兩平行光路射向和頻系統3,沿上端平行光路自左向右依次設置著第一雷射二極體LD泵浦源1-1、第一泵浦輸入耦合透鏡組1-2、前端雙色片1-3a,三者處於同一準直光路,前端雙色片1-3a與第一雙包層光纖1-4的左端粘貼,第一雙包層光纖1-4的右端與末端雙色片1-3b粘貼,末端雙色片1-3b後設置第一輸出準直透鏡1-5,第一輸出準直透鏡1-5後設置上端二色鏡3-1,末端雙色片1-3b、第一輸出準直透鏡1-5和上端二色鏡3-1位於同一準直光路;沿下端平行光路自左向右依次設置著第二雷射二極體LD泵浦源2-1、第二泵浦輸入耦合透鏡組2-2、第二前端雙色片2-3a,三者處於同一準直光路,第二前端雙色片2-3a與第二雙包層光纖2-4的左端粘貼,第二雙包層光纖2-4的右端與第二末端雙色片2-3b粘貼,第二末端雙色片2-3b後設置第二輸出準直透鏡2-5,第二輸出準直透鏡2-5後設置下端二色鏡3-2,第二末端雙色片2-3b、第二輸出準直透鏡2-5和下端二色鏡3-2位於同一準直光路;下端二色鏡3-2以45°傾角平行放置於上端二色鏡3-1的正下方,將下端光路垂直反射到上端二色鏡3-1的中心,經過上端二色鏡3-1的再次垂直反射與上端光路進行合束,上端二色鏡3-1以45°傾角平行放置於下端二色鏡3-2正上方,其前端設置第一輸出準直透鏡1-5,其後端依次設置聚焦透鏡3-3、和頻晶體3-4和輸出準直透鏡3-5,且五者位於同一準直光路,輸出準直透鏡3-5後設置分光稜鏡3-6。
具體工作過程第一基頻光波系統1中,第一雷射二極體LD泵浦源1-1產生的泵浦光通過第一泵浦輸入耦合透鏡組1-2耦合聚焦到端面粘貼有雙色片的第一雙包層光纖1-4內包層中,激發該雙包層光纖,並在由前端雙色片1-3a、第一雙包層光纖1-4和末端雙色片1-3b所構成的F-P腔內形成中心波長為1100nm的高功率基頻光振蕩,最後經末端雙色片1-3b輸出該基頻光;同理,第二基頻光波系統2中第二雷射二極體LD泵浦源2-1產生的泵浦光通過第二泵浦輸入耦合透鏡組2-2耦合聚焦到端面貼有雙色片的第二雙包層光纖2-4的內包層中,激發該雙包層光纖,並在由第二前端雙色片2-3a、第二雙包層光纖2-4與第二末端雙色片2-3b所構成的F-P腔中形成中心波長為1560nm的高功率基頻光振蕩,最後經第二末端雙色片2-3b輸出該波段的基頻光;第一基頻光波系統1和第二基頻光波系統2的輸出光束分別射向和頻系統3的上端二色鏡3-1和下端二色鏡3-2,經過上端二色鏡3-1對第一基頻光波系統1輸出的1100nm基頻光的透射作用及下端二色鏡3-2、上端二色鏡3-1對第二基頻光波系統2輸出的1560nm基頻光的垂直反射作用後在上端二色鏡3-1處實現兩基頻光的光束合成,該合成光束包括1100nm和1560nm兩個波段,經聚焦透鏡3-3的耦合聚焦作用耦合到和頻晶體3-4中,利用和頻晶體的非線性效應實現和頻,產生中心波長在645nm的紅光雷射,最後經輸出準直透鏡3-5準直後入射到分光稜鏡3-6,實現與基頻雷射的分離,得到645nm的紅光雷射輸出。
所述的第一基頻光波系統1採用光纖雷射器結構,輸出中心波長為1100nm,其構成包括第一雷射二極體LD泵浦源1-1、第一泵浦輸入耦合透鏡組1-2、前端雙色片1-3a、末端雙色片1-3b、第一雙包層光纖1-4和第一輸出準直透鏡1-5;該第一雷射二極體LD泵浦源1-1帶尾纖輸出,輸出光斑為800um,數值孔徑為0.22,最大輸出功率為35W,中心波長在975nm,與第一雙包層光纖1-4纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第一泵浦輸入耦合透鏡組1-2採用非球面透鏡組;該前端雙色片1-3a鍍對975nm高透膜(透過率>99%),1100nm高反膜(反射率>98%),末端雙色片1-3b鍍對975nm高反膜(反射率>99%),1100nm增透膜(透過率=90%);該第一雙包層光纖1-4作為雷射工作物質,採用Yb摻雜D形雙包層石英光纖,內包層尺寸為350/400um,數值孔徑為0.46,纖芯直徑為25um,數值孔徑為0.12,摻雜濃度為6000PPM,長度為20m,該第一輸出準直透鏡1-5為單個非球面透鏡。
所述的第二基頻光波系統2採用光纖雷射器結構,輸出中心波長為1560nm,其構成包括第二雷射二極體LD泵浦源2-1、第二泵浦輸入耦合透鏡組2-2、第二前端雙色片2-3a、第二末端雙色片2-3b、第二雙包層光纖2-4和第二輸出準直透鏡2-5;該第二雷射二極體LD泵浦源2-1帶尾纖輸出,輸出光斑為800um,數值孔徑為0.22,最大輸出功率為25W,中心波長在975nm,與第二雙包層光纖2-4纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第二泵浦輸入耦合透鏡組2-2採用非球面透鏡組;該第二前端雙色片2-3a鍍對975nm高透膜(透過率>99%),1560nm高反膜(反射率>98%),第二末端雙色片2-3b鍍對975nm高反膜(反射率>99%),1560nm增透膜(透過率=90%);該第二雙包層光纖2-4作為雷射工作物質,採用Yb-Er共摻的D形雙包層石英光纖,內包層尺寸為350/400um,數值孔徑為0.48,纖芯直徑為25um,數值孔徑為0.18,長度為20m,Yb離子作為敏化離子,吸收泵浦輻射,並通過能量轉移激發Er離子,該第二輸出準直透鏡2-5為單個非球面透鏡。
所述的和頻系統3,其構成包括上端二色鏡3-1、下端二色鏡3-2、聚焦透鏡3-3、和頻晶體3-4、輸出準直透鏡3-5和分光稜鏡3-6;該上端二色鏡3-1呈45°傾角放置,鍍對1100nm高透膜(透射率>99.8%),1560nm高反膜(反射率>99.9%);該下端二色鏡3-2呈45°傾角放置,鍍對1560nm高反膜(反射率>99.9%);該聚焦透鏡3-3採用一凸透鏡;該和頻晶體3-4採用周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP非線性晶體;該輸出準直透鏡3-5為單個非球透鏡;該分光稜鏡3-6採用石英稜鏡,將和頻的紅光與基頻雷射分離。
本實例的光纖雷射器和頻產生紅光的裝置可輸出數瓦級以上的高功率紅光雷射,且效率較高,光束質量好,體積小,是理想的紅光雷射源。
權利要求
1.一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,包括第一基頻光波系統(1),其特徵在於,第一基頻光波系統(1)與第二基頻光波系統(2)平行並排放置,第一基頻光波系統(1)和第二基頻光波系統(2)後設置和頻系統(3),第一基頻光波系統(1)和第二基頻光波系統(2)的出射光分別入射和頻系統(3)的上端二色鏡(3-1)和下端二色鏡(3-2)上。
2.根據權利要求1所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,所述的第一基頻光波系統(1)包括,第一雷射二極體LD泵浦源(1-1)、第一泵浦輸入耦合透鏡組(1-2)、前端雙色片(1-3a)、末端雙色片(1-3b)、第一雙包層光纖(1-4)和第一輸出準直透鏡(1-5);第一雷射二極體LD泵浦源(1-1)後設置第一泵浦輸入耦合透鏡組(1-2),第一泵浦輸入耦合透鏡組(1-2)後設置前端雙色片(1-3a),三者位於同一準直光路,前端雙色片(1-3a)與第一雙包層光纖(1-4)的左端粘貼,第一雙包層光纖(1-4)的右端與末端雙色片(1-3b)粘貼,末端雙色片(1-3b)後設置第一輸出準直透鏡(1-5)。
3.根據權利要求2所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,第一雷射二極體LD泵浦源(1-1)帶尾纖輸出,中心波長與第一雙包層光纖(1-4)纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第一泵浦輸入耦合透鏡組(1-2)採用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組;該前端雙色片(1-3a)鍍對泵浦光高透膜,1080-1100nm間基頻波高反膜,末端雙色片(1-3b)鍍對泵浦光高反膜,1080-1100nm間基頻波增透膜;該第一雙包層光纖(1-4)採用Yb摻雜雙包層石英光纖;該第一輸出準直透鏡(1-5)採用單個非球面透鏡。
4.根據權利要求1所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,所述的第二基頻光波系統(2)包括,第二雷射二極體(LD)泵浦源(2-1)、第二泵浦輸入耦合透鏡組(2-2)、第二前端雙色片(2-3a)、第二末端雙色片(2-3b)、第二雙包層光纖(2-4)和第二輸出準直透鏡(2-5);第二雷射二極體LD泵浦源(2-1)後設置第二泵浦輸入耦合透鏡組(2-2),第二泵浦輸入耦合透鏡組(2-2)後設置第二前端雙色片(2-3a),三者位於同一準直光路,第二前端雙色片(2-3a)與第二雙包層光纖(2-4)的左端粘貼,第二雙包層光纖(2-4)的右端與第二末端雙色片(2-3b)粘貼,第二末端雙色片(2-3b)後設置第二輸出準直透鏡(2-5)。
5.根據權利要求4所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,第二雷射二極體LD泵浦源(2-1)帶尾纖輸出,中心波長與第二雙包層光纖(2-4)纖芯材料的峰值吸收波長相匹配;該第二泵浦輸入耦合透鏡組(2-2)採用非球面透鏡組或顯微鏡物鏡組;該第二前端雙色片(2-3a)鍍對泵浦光高透膜,1550-1560nm間基頻波高反膜,第二末端雙色片(2-3b)鍍對泵浦光高反膜,1550-1560nm間基頻波增透膜;該第二雙包層光纖(2-4)採用Yb-Er共摻的雙包層石英光纖;該第二輸出準直透鏡(2-5)採用單個非球面透鏡。
6.根據權利要求1所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,所述的和頻系統(3)構成包括上端二色鏡(3-1)、下端二色鏡(3-2)、聚焦透鏡(3-3)、和頻晶體(3-4)、輸出準直透鏡(3-5)和分光稜鏡(3-6);上端二色鏡(3-1)設置在第一基頻光波系統(1)中第一輸出準直透鏡(1-5)後,並以45°傾角放置,上端二色鏡(3-1)後依次設置聚焦透鏡(3-3)、和頻晶體(3-4)和輸出準直透鏡(3-5),且四者位於同一準直光路,輸出準直透鏡(3-5)後設置分光稜鏡(3-6),下端二色鏡(3-2)設置在第二基頻光波系統(2)中第二輸出準直透鏡(2-5)後,並以45°傾角平行放置在上端二色鏡(3-1)的正下方。
7.根據權利要求6所述的一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,其特徵在於,上端二色鏡(3-1)鍍對1080-1100nm波段的高透膜,鍍對1550-1560nm波段的高反膜;該下端二色鏡(3-2)鍍對1550-1560nm波段的高反膜;該聚焦透鏡(3-3)採用一凸透鏡;該和頻晶體(3-4)採用周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP或周期性極化的鈮酸鋰PPLN非線性晶體;該輸出準直透鏡(3-5)為單個非球面透鏡;該分光稜鏡(3-6)採用石英稜鏡。
全文摘要
本發明公開了一種光纖雷射器和頻產生紅光的裝置,第一基頻光波系統與第二基頻光波系統平行並排放置,第一基頻光波系統和第二基頻光波系統後設置和頻系統,第一基頻光波系統和第二基頻光波系統的出射光分別入射和頻系統的上端二色鏡和下端二色鏡上。其結構簡單,體積小,功率大,輸出穩定且光束質量好。本發明結合光纖雷射器的優勢與成熟的非線性光學技術,可廣泛應用於雷射顯示、雷射醫療、雷射演示等領域。
文檔編號G02F1/35GK1885642SQ20061004307
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者白晉濤 申請人:西北大學