一種消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器的製作方法

2023-10-22 18:54:57 2

專利名稱：一種消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於全固態雷射技術領域，設計一種降低雷射輸出噪聲和提高雷射輸出功率穩定性的全固態雷射器。
背景技術：
半導體雷射器泵浦腔內倍頻全固態雷射器的腔內倍頻方式，可以利用諧振腔內高功率密度的基頻光進行倍頻，倍頻效率高，而且結構緊湊，受環境溫度、機械振動等因素的影響小，因此穩定性好。但是常用的駐波型腔內倍頻由於雷射增益介質的交叉飽和效應和倍頻晶體的插入而不可避免出現的不同縱模間的和頻效應，使得諧波輸光強出現瞬間尖峰即高頻噪聲，並使雷射器的輸出功率不穩定。
但是解決的辦法主要有單頻低噪聲法和多縱膜低噪聲法。
單頻低噪聲法使雷射器單縱模運轉從根本上消除了空間燒孔效應和和頻效應，解決了噪聲問題，單頻法的缺點是通常需要在腔內放置選頻裝置不僅增加了諧振腔的複雜性同時增加了腔損耗。
多縱模低噪聲法主要有一種是利用1m左右很長的腔長，有100多個縱模振蕩，從而均化各個縱模的增益，減小它們之間的競爭，使雷射器的輸出功率達到穩定。但由於諧振腔尺寸大，雷射器調節困難且穩定度不高。
另一種是通過控制腔內的基頻光的偏振態，消除和頻效應達到降低噪聲穩定諧波輸出的目的，主要有
①在Ⅱ類倍頻晶體KTP腔內倍頻的NdYAG雷射器中，通過調節倍頻晶體KTP與NdYAG快軸的相對方位角得到低噪聲輸出。圖1中包括808nm半導體雷射器1、光學耦合系統2、NdYAG3、倍頻晶體KTP4、雷射輸出鏡6。
②在II類倍頻晶體KTP腔內倍頻的NdYAG雷射器中插入1/4波片，旋轉1/4波片的快軸與倍頻晶體快軸的相對方位角至45°時，得到低噪聲及功率穩定的倍頻綠光輸出。其雷射器如圖2所示包括808nm半導體雷射器1，光學耦合系統2；NdYAG3；倍頻晶體KTP4；1/4波片5；雷射輸出鏡6。上述兩種技術方案的雷射器存在安裝調整困難、腔內損耗大使雷射器的輸出光光轉換效率低、不易於產業化生產等問題。

發明內容
為了解決背景技術的問題，本實用新型的目的是要提供一種容易安裝調整、腔內損耗小、輸出光光轉換效率高、易於產業化的消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器。
為了實現上述目的，本實用新型包括半導體雷射器、光束整形系統、雷射工作物質、倍頻晶體、雷射輸出鏡、分光稜鏡、聚焦鏡頭；兩個半導體雷射器的激活層相互垂直放置，使兩個半導體雷射器輸出光的偏振方向相互垂直；兩路半導體雷射器的輸出端面位於光束整形系統中準直鏡頭的焦面上，分光稜鏡的第一入射面與其中一路光束整形系統的輸出端面平行放置，分光稜鏡的第二入射面與另一路光束整形系統的輸出端面平行放置，兩個光束整形系統輸出光經分光稜鏡偏振耦合，在分光稜鏡的輸出面後放置聚焦鏡頭，雷射工作物質放在聚焦鏡頭的輸出面後的焦點上；在雷射工作物質靠近泵浦光的一面鍍制與泵浦光波長相應的減反膜和與基頻光波長相應的高反膜作為一個諧振腔鏡，在雷射輸出鏡靠近雷射物質的表面鍍基頻光高反膜作為另一個諧振腔鏡，在兩個腔鏡之間放置倍頻晶體。
根據半導體雷射器偏振發射的特點，採用兩個半導體雷射器，將兩個半導體雷射器的兩個激活層相互垂直放置，使半導體雷射器的兩個輸出光偏振方向相互垂直，半導體雷射器的輸出光分別經光束整形系統整形後，由分光稜鏡偏振耦合，然後通過聚焦鏡頭聚焦於雷射工作物質對其進行泵浦；由於雷射工作物質中泵浦光斑的功率密度很高使雷射工作物質的兩個偏振方向折射率發生改變即形成非線性雙折射效應；調節半導體雷射器的工作電流來控制兩個偏振方向泵浦光能量的大小，則可以在雷射工作物質中得到與腔內倍頻晶體的快軸方向相匹配的非線性雙折射，使得腔內基頻光偏振態在雷射工作物質與倍頻晶體對共同作用下獲得本徵偏振態運轉，從而抑制了多縱模間的和頻效應，獲得多縱模低噪聲輸出，則完成對全固態雷射器噪聲的消除。
與其它已有技術相比本實用新型具有以下優點(1)本實用新型中的全固態雷射器無需在腔內增加控制腔內偏振態的元件，如1/4波片，因而沒有腔內附加損耗，因而能在較高的雷射光一光轉換效率水平下獲得低噪聲倍頻光輸出。(2)本實用新型通改變雷射工作物質的雙折射來控制腔內基頻光的偏振態從而獲得雷射器的低噪聲輸出，而改變雷射工作物質的雙折射可以通過調節雷射電源的半導體雷射器工作電流來控制雷射工作物質中兩個偏振方向泵浦光能量的大小來實現，而因不用反覆調節雷射諧振腔各元件的封裝機械結構，因而與已有技術中通過機械轉動倍頻晶體快軸方向的來獲得低噪聲輸出相比能使雷射諧振腔的各元件的機械裝調和固定簡單方便穩定，低噪聲控制易於調節，還能保證倍頻晶體在高倍頻效率下工作。有利於半導體雷射泵浦全固體雷射器的產業化生產。(3)兩個半導體雷射器的功率之和比同等功率水平的單個半導體雷射器的價格要低3～5倍，因此雙半導體雷射器偏振耦合泵浦低噪聲雷射器可以在大大提高泵浦功率、獲得高轉換效率的噪聲輸出的的同時大大降低生產成本。


圖1是背景技術結構示意圖圖2是背景技術結構示意圖圖3是本實用新型實施例1裝置的結構圖圖4是本實用新型實施例2裝置的結構圖具體實施方式
本實用新型的目的、特徵及優點通過附圖和實施例對本實用新型進一步說明，但本實用新型不限於這些實施例。
實施例1本實用新型實施例裝置如圖3所示。半導體雷射器3-1、光束整形系統3-2、雷射工作物質3-3、倍頻晶體3-4、雷射輸出鏡3-6、分光稜鏡3-7、聚焦鏡頭3-8；選擇兩個半導體雷射器3-1輸出波長為808nm。根據半導體雷射器3-1偏振發射的特點，將兩個2W的半導體雷射器的激活層相互垂直放置。光束整形系統3-2由準直鏡和擴束稜鏡對組成，它對半導體雷射器3-1的兩個泵浦光進行準直圓化後，將兩束偏振的泵浦光用分光稜鏡3-7偏振耦合成共軸光，再用聚焦鏡頭3-8聚焦於雷射工作物質3-3。兩個中心波長808nm半導體雷射器可以選擇其它功率水平如5W，4W，1.6W。不同功率水平也可以組合使用，如5W和2W半導體雷射器；根據工作物質吸收譜的不同意可選擇不同工作波長的半導體雷射器，如YbYAG，選擇中心新波長940nm半導體雷射器。
雷射工作物質3-3採用NdYAG，NdYAG靠近泵浦光的一面鍍制808nm減反膜和946nm高反膜作為腔鏡，另一面鍍制946nm減反膜，厚度為1.5mm摻雜濃度為1％。除上述之外，雷射工作物質3-3也可以根據需要選擇其它雷射工作物質。
倍頻晶體3-4採用I類相位匹配LBO倍頻晶體，在倍頻晶體3-4兩個面鍍制946nm減反膜。倍頻晶體3-4可以選擇如KN倍頻晶體或BiBO倍頻晶體等。
雷射輸出鏡3-6採用R100平凹鏡，兩面均鍍473nm低反鏌，靠腔內的凹面鍍制946高反鏌。半導體雷射器3-1的工作電流由雷射電源來提供，通過調節兩個半導體雷射器3-1的工作電流調節兩個偏振方向上的泵浦光能量，當兩路的工作電流分別為2.1A左右和1.9A左右，也可以分別為2.0A左右和1.8A左右，兩路的工作電流還可根據需要選擇其它的配比，雷射工作物質中的非線性雙折射與腔內的倍頻晶體的雙折射配合，使腔內基頻光偏振態得到控制使其本徵偏振態運轉，從而抑制了多縱模間的合頻效應，獲得多縱模低噪聲＜0.7％rms、穩定性＜3％rms(連續測量12小時以上)、9％左右的光—光轉換效率的倍頻光藍光輸出。
分光稜鏡3-7採用偏振分光稜鏡，在分光稜鏡3-7的四面鍍制808nm增透膜。
實施例2除上述以外，如圖4所示，在分光稜鏡3-7與光束整形系統3-2之間放置直角稜鏡3-9，直角稜鏡3-9的一個直角平面與光束整形系統3-2的擴束稜鏡對輸出面平行，直角稜鏡3-9的的另一個直角平面與分光稜鏡3-7的第二入射面平行放置，其它與實施例1相同。
權利要求1.一種消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器，包括雷射工作物質(3-3)、倍頻晶體(3-4)、雷射輸出鏡(3-6)，其特徵在於還包括半導體雷射器(3-1)、光束整形系統(3-2)、分光稜鏡(3-7)、聚焦鏡頭(3-8)；兩個半導體雷射器(3-1)的激活層相互垂直放置，使兩個半導體雷射器(3-1)輸出光的偏振方向相互垂直；兩路半導體雷射器(3-1)的輸出端面位於光束整形系統(3-2)中準直鏡頭的焦面上，其中一路光束整形系統(3-2)的輸出端面與分光稜鏡(3-7)的第一入射面平行放置，另一路光束整形系統(3-2)的輸出端面與分光稜鏡(3-7)的第二入射面平行放置，兩個光束整形系統(3-2)輸出光經分光稜鏡(3-7)偏振耦合，在分光稜鏡(3-7)的輸出面後放置聚焦鏡頭(3-8)，雷射工作物質(3-3)放在聚焦鏡頭(3-8)的輸出面後的焦點上。
2.根據權利要求1所述的一種消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器，其特徵在於還包括直角稜鏡(3-9)，在分光稜鏡(3-7)與光束整形系統(3-2)之間放置直角稜鏡(3-9)，直角稜鏡(3-9)的一個直角平面與光束整形系統(3-2)的擴束稜鏡對輸出面平行，直角稜鏡(3-9)的另一個直角平面與分光稜鏡(3-7)的第二入射面平行放置。
專利摘要本實用新型涉及一種消除噪聲腔內倍頻的全固態雷射器，全固態雷射器包括半導體雷射器3－1、光束整形系統3－2、雷射工作物質3－3、倍頻晶體3－4、輸出鏡3－6、分光稜鏡3－7、聚焦鏡頭3－8；用兩個半導體雷射器偏振耦合泵浦雷射工作物質，調節兩個偏振方向上的泵浦光能量控制雷射工作物質中的非線性雙折射效應，配合腔內的倍頻晶體的雙折射性質，使腔內基頻光本徵偏振態運轉，抑制多縱模間的和頻效應，獲得多縱膜低噪聲倍頻光輸出。本實用新型全固態雷射器腔內損耗小，光－光轉換效率高。雷射諧振腔機械裝調和固定簡單、方便、可靠，低噪聲控制易於調節，有利於產業化生產。可以在提高泵浦功率的同時、獲得高轉換效率低噪聲倍頻光輸出，大大降低生產成本。
文檔編號H01S3/0941GK2796194SQ200520028658
公開日2006年7月12日 申請日期2005年5月18日 優先權日2005年5月18日
發明者李春明, 高蘭蘭, 檀慧明, 錢龍生 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所