一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器的製作方法
2023-11-02 02:00:02 3
專利名稱：一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射器的技術領域，特別涉及一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器。
背景技術：
全固態藍光雷射器在雷射顯示、高密度數據光存儲、光譜技術、雷射醫學、雷射顯示、海底通訊及水下資源探索等領域有著非常廣泛的應用。目前，獲得藍光雷射最高效、最快捷的方法是利用摻釹雷射介質中Nd3+離子的準三能級躍遷產生0. 9 μ m波段雷射後再進行腔內倍頻來實現的，其中最典型的有第一，利用Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)雷射晶體發射的946nm基波倍頻產生473nm波長的藍光；第二，將雷射晶體Nd:YV04 (摻釹釩酸釔)晶體發射的914nm波長基波進行腔內倍頻獲得457nm波長的藍光雷射；第三，將晶體Nd:GdV04(摻釹釩酸釓)晶體發射的912nm波長基波倍頻為456nm的藍光。與三倍頻技術以及和頻技術相比，倍頻藍光技術發展相對成熟，市場上出售的全固態雷射器也主要是採用這類方法。在倍頻藍光雷射器中，473nm藍光雷射器研究相對更為成熟，已經實現產業化。而457nm藍光雷射器的研究相對較少，與473nm藍光雷射相比，457nm藍光雷射具有顏色更飽滿，波長更短，光子能量更大等優點，尤其在雷射彩色顯示，高密度數據存儲，水下通訊和海底資源探索等方面有著更廣泛的應用。2000年，Zeller P和Peuser P報導了採用LD端面泵浦複合Nd:YV04晶體，獲得了 3. 0W波長為914. 5nm的雷射輸出。2002年，清華大學的劉偉仁等人採用最大輸出功率為2W的LD抽運Nd:YV04晶體，並利用LB0進行腔內倍頻，成功實現了 12mW的457nm藍光雷射輸出。2004年，德國科學家Stenfan Knoke等人採用LD泵浦Nd:YV04薄片，在泵浦功率為26W時，得到2W的457nm藍光連續輸出。2006年，中科院長春光機所的王培峰、石朝輝等人採用大功率LD抽運Nd:YV04晶體，並利用LB0進行腔內倍頻，在泵浦功率為31W吋，獲得4. 2W的457nm藍光連續輸出。雖然科研工作者已經對全固態457nm藍光雷射器進行了相關研究，但仍存在著一些問題第一，大多數都採用V型摺疊腔結構，使得系統結構較複雜，不夠緊湊，調節難度較大。而且存在像散，導致光束質量較差。第二，雷射起振閾值都普遍較高，系統效率較低。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供ー種低閾值、高功率、高效率、穩定性高、光束質量好、結構緊湊的連續457nm藍光輸出的雷射器。本實用新型的目的通過下述技術方案實現一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，包括泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔，所述泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔順序連接且在同一軸線上。優選的，所述泵浦源為發射波長為808nm的半導體雷射器。優選的，所述泵浦源米用的f禹合輸出光纖的芯徑為200 μ m。優選的，雷射器的泵浦光斑半徑為180 μ m_220 μ m。[0010]優選的，所述雷射諧振腔包括在雷射晶體泵浦端面進行鍍膜處理得到的諧振腔輸入鏡、雷射晶體、倍頻晶體和輸出鏡。優選的，所述雷射晶體為摻雜濃度為0. 1%-0. 3%的摻釹釩酸釔晶體。優選的，所述倍頻晶體為非線性晶體三硼酸鋰、三硼酸鉍或偏硼酸鋇。優選的，所述輸出鏡採用曲率半徑為100mm的平凹鏡。優選的，所述雷射晶體、倍頻晶體以及輸出鏡均鍍有膜層。優選的，雷射晶體的溫度控制在10 V到15 °C之間，倍頻晶體溫度控制在20 V到25°C之間。本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果1、本實用新型具有低閾值、高功率、高效率、穩定性高、光束質量好的優點，同時結構緊湊且可以連續不斷的輸出457nm的藍光雷射。2、本實用新型雷射器的振蕩閾值低，且系統的光光轉化效率高。3、採用上述裝置，獲得1. 2W的457nm藍光雷射輸出，雷射閾值為3. 7W，光光轉換效率達到9. 74%，光束質量M2因子為1. 32，穩定度為3. 01%，該雷射系統的雷射閾值是最低的。
圖1是本實用新型的結構示意圖。標號說明1、泵浦源；2、光學f禹合系統；3、雷射晶體；4、倍頻晶體；5、輸出鏡。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進ー步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。實施例如圖1所示，本實施例一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，包括泵浦源1、光學耦合系統2和雷射諧振腔，雷射諧振腔包括雷射晶體3、在雷射晶體3泵浦端面進行鍍膜處理得到的諧振腔輸入鏡、倍頻晶體4和輸出鏡5。光學耦合系統2置於泵浦源1和雷射晶體3的之間,泵浦源1為發射波長為808nm的半導體雷射器,其稱合輸出光纖的光纖芯徑為200 μ m,雷射器的泵浦光斑半徑為180 μ m-220 μ m,泵浦光經光學耦合系統2準直聚焦後直接泵浦到雷射晶體3的中心。雷射晶體3為摻雜濃度為0. 1%的Nd:YV04晶體，晶體尺寸為3 X 3 X 5mm3,倍頻晶體4為非線性晶體LB0，晶體尺寸大小為3 X 3 X 20mm3,本實施例中，倍頻晶體也可以用三硼酸鉍或偏硼酸鋇來代替。輸出鏡5採用曲率半徑為100mm的平凹鏡。雷射系統中的雷射晶體3、倍頻晶體4、輸出鏡5均進行特殊的鍍膜處理，成功地抑制了 1064nm和1342nm兩個波段的雷射運轉，實現了 914nm基頻光的雷射振蕩，並利用倍頻晶體4進行腔內倍頻獲得457nm藍光雷射輸出。雷射器採用半導體製冷(TEC)和水冷散熱相結合，嚴格地控制著雷射晶體3和倍頻晶體4的溫度。雷射晶體3被控制在10°C至15°C之間，倍頻晶體被控制在20到25°C之間。上述結構產生雷射的過程如下利用氦氖雷射器對雷射系統的光路進行調節，使各個元件都處於同一軸線上。然後打開水冷機和溫控電源，並開啟泵浦源1，由泵浦源1發出的泵浦光經光學耦合系統2後直接聚焦到雷射晶體3的中心，當泵浦功率超過雷射閾值時，雷射晶體3會發射波長為914nm的基頻光，基頻光再通過倍頻晶體4進行倍頻得到457nm藍光輸出。採用上述裝置，獲得1. 2W的457nm藍光雷射輸出，雷射閾值為3. 7W，光光轉換效率達到9. 74%，光束質量M2因子為1. 32，穩定度為3. 01%,經目前資料顯示，該雷射系統的雷射閾值是最低的，成功的達到了此實用新型的目的。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。·
權利要求1.一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，包括泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔，所述泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔順序連接且在同一軸線上。
2.根據權利要求I所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述泵浦源為發射波長為808nm的半導體雷射器。
3.根據權利要求2所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述泵浦源米用的I禹合輸出光纖的芯徑為200 μ m。
4.根據權利要求I所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，雷射器的泵浦光斑半徑為180 μ m-220 μ m。
5.根據權利要求I所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述雷射諧振腔包括在雷射晶體泵浦端面進行鍍膜處理得到的諧振腔輸入鏡、雷射晶體、倍頻晶體和輸出鏡。
6.根據權利要求5所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述雷射晶體為摻雜濃度為O. 1%-0. 3%的摻釹fL酸釔晶體。
7.根據權利要求5所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述倍頻晶體為非線性晶體三硼酸鋰、三硼酸鉍或偏硼酸鋇。
8.根據權利要求5所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述輸出鏡採用曲率半徑為IOOmm的平凹鏡。
9.根據權利要求5所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，所述雷射晶體、倍頻晶體以及輸出鏡均鍍有膜層。
10.根據權利要求5所述的低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，其特徵在於，雷射晶體的溫度控制在10°c到15°c之間，倍頻晶體溫度控制在20°C到25°C之間。
專利摘要本實用新型公開了一種低閾值運轉的直腔式藍光雷射器，包括泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔，所述泵浦源、光學耦合系統及雷射諧振腔順序連接且在同一軸線上。本實用新型具有低閾值、高功率高效率、穩定性高、光束質量好的優點，同時結構緊湊且可以連續不斷的輸出457nm的藍光雷射，並且光光轉換的效率高。
文檔編號H01S3/109GK202759149SQ20122027598
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者陳振強, 蘇康, 陽其國, 朱思祁, 李安明, 尹浩, 何青, 王蘇娥 申請人:暨南大學