一種可調諧紅-綠-藍-紫色雷射器的製作方法

2023-11-04 01:51:12

專利名稱：一種可調諧紅-綠-藍-紫色雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射器件領域，它闡述一種採用β-BaB2O4晶體倍頻可調諧雷射晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調諧雷射產生可調諧紅、綠、藍、紫色雷射的小型雷射器件。
背景技術：
目前，光電子材料與技術是當今高新技術發展中最迅速的一個領域，也是世界各國激烈競爭的焦點。由於小型低功率紅、綠、蘭、紫色雷射光源在高密度光碟存儲、雷射列印、彩色顯示、高解析度光譜、海底通訊及雷射醫療等領域存在著廣泛的應用前景，使得蘭紫光材料成為世界光電子領域研究的一個熱點。

發明內容
一種可調諧藍紫色雷射器的發明目的在於公開一種採用具有較大倍頻係數的β-BaB2O4晶體倍頻可調諧雷射晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調諧雷射產生可調諧紅、綠、藍、紫色雷射的成本低的實用化小型雷射光源。
首先，採用Ti3+Al2O3單晶體作為紅光—近紅外可調諧雷射工作物質，採用非相干光源或相干光源作為泵浦源，產生660nm-1200nm的可調諧雷射。然後，採用β-BaB2O4晶體把660nm-1200nm的雷射倍頻為330nm-600nm的可調諧藍紫色雷射。所涉及的非相干光源是小型直管燈，可以是氙燈，也可以是氪燈，工作狀態可以是脈衝的，也可以是連續的，所採用Ti3+Al2O3單晶體是棒狀的。泵浦源可以放在雷射棒側部，也可以放在端部。所採用的相干光源是我們自製的593nm的全固態腔內和頻雷射光源，其技術方案已經申請專利，申請號為02121037.3。所採用的Ti3+Al2O3單晶體是塊狀的，尺寸可以較小(如5mm×5mm×5mm)。所採用的BBO晶體可以按I類，也可以按II類的相位匹配方向切割。
本發明採用了兩種晶體，其中一種是可調諧雷射晶體Ti3+Al2O3。Ti3+Al3O3晶體的結構屬於三方晶系，空間群為D53d-R3c，晶胞參數為a＝4.7628，b＝13.0032，摻Ti3+離子的陽離子對稱性為Al3+-C3。1982年，Ti3+Al2O3晶體在室溫產生了極寬範圍的可調諧雷射，優良的雷射性能使其受到廣泛的重視，數年之後便開始商業化，是繼Nd:YAG之後影響最大的雷射晶體。其主要的優點是(1)極寬的可調諧波段，2Eg→2T2g的最寬波段為660-1200nm，可以代替在此波段難於工作的染料4種以上；(2)輻射截面大，約為30～40×10-20cm2，是金綠寶石的10倍以上，轉換效率高；(3)在400-600nm存在一個很寬的吸收帶，室溫工作，適合多種泵浦源(如Ar+雷射、倍頻Nd3+雷射、Cu蒸汽雷射和閃光燈等)泵浦，可以多種方式運轉(脈衝ns、ps、fs，準連續和連續等)；(4)基質的物理化學性能很好；(5)可以採用多種成熟的方法(提拉法、熱交換法等)生長晶體。所以當採用400nm-600nm的泵浦源泵浦時，將產生660nm-1200nm的可調諧雷射，顯然，Ti3+Al2O3晶體是一種成熟的商業化的雷射晶體。由於Ti3+離子的濃度猝滅效應較強，所以Ti3+離子的摻雜濃度一般都較小，經過樣品合成和光譜實驗研究，我們確定了Ti3+Al2O3晶體中Ti3+的摻雜濃度x值為0.05-0.15。而另一種晶體是具有大的倍頻係數的β-BaB2O4，它的結構屬於三方晶系，是一個負軸晶體，空間群為R3C。其晶胞參數為a＝b＝12.547A，c＝12.736A。它存在著兩種相位匹配方式I類和II類。所謂相位匹配是指晶體在特定方向上基頻與倍頻光滿足相干增強條件，即ΔK＝0(K＝nω/c，其中K為波矢；n為相應波長的折射率；c為光速，ω為園頻率)，在同軸位相匹配條件下，基頻光與倍頻光的傳播方向共線，因為ΔK＝0，故有(1)對I類位相匹配方式(0+0＝e)n0w＝ne2w(θmI)(2)對II類位相匹配方式(0+e＝e)n0w+new＝2ne2w(θmII)
BBO晶體具有從紫外到近紅外很寬的相位匹配範圍(λw＝410～3500nm)。該晶體的有效非線性係數為dIeff＝F2(θmI，φ，dij)＝d15 Sinθ-d22 CosθSin3φdIIeff＝F1(θmII，φ，dij)＝d22 Cos2θSin3φ其中dij為該晶體的非線性係數，φ為晶體對a軸的方位角，θm為I類和II類相位匹配角。BBO晶體的折射率色散方程為n02＝2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)一0.01354λ2ne2＝2.3753-0.01224/(λ2-0.01667)-0.01516λ2當λ＝660nm-1200nm時，θmI＝36.0～21.2°，θmII＝53.3～30.6°。
當λ＝660nm-1200nm時，dIeff＝1.256～1.466pm/v，dIIeff＝0.452～1.063pm/v。
由於採用II類相位匹配方式時，晶體的有效倍頻係數比I類相位匹配的有效倍頻係數小得多，所以，應該採用I類相位匹配方式。
本發明的成功實施，可以實現高效的紅—綠—藍—紫光區的可調諧雷射輸出，波長在一定的範圍可調，且光束質量好，器件體積較小，效率高，具有自己的獨特之處，有很強的創新性。


圖1是採用直管氙燈泵浦的可調諧紅—綠—藍—紫色(330nm-600nm)雷射器示意圖。
圖2是採用自製的593nm波段的全固態雷射光源作為泵浦源的可調諧紅—綠—藍—紫色(330nm-600nm)雷射器示意圖。
具體實施例方式
實施例一採用直管氙燈泵浦Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體棒。實驗裝置如附圖1.圖中(1)是Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體棒；(2)是直管氙燈；(3)是對λ＝660nm-1200nm波長全反射的介質鏡；(4)是對λ＝660nm-1200nm波長透射的介質鏡；(5)是可調濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A雷射能量計；(8)是脈衝雷射電源；(9)是聚光腔，為單橢圓腔，雷射棒和泵浦光源分別聚於其中的一個焦點上。該單橢圓腔的長軸2a＝10mm，短軸為2b＝8.5mm，內側拋光鍍銀。
LPE-1A能量計用於測量雷射輸出能量。如果把脈衝氙閃光燈換成重複率脈衝氙燈或連續發光的氪燈，則可以作成重複或連續的可調諧固體雷射器，這時最好採用冷卻裝置，可以採用水冷、風冷或半導體致冷。
實施例二採用自製的593nm波段的全固態雷射光源作為泵浦源泵浦塊狀的Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)可調諧雷射晶體。實驗裝置如附圖2.圖中(1)是塊狀Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體；(10)是自製的593nm波段的全固態雷射泵浦源；(11)是對λ＝660nm-1200nm波長全反射和對593nm透射的介質鏡；(12)是對λ＝660nm-1200nm波長透射和對593nm全反射的介質鏡；(5)是可調濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A雷射能量計。
權利要求
1.一種可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，由雷射工作物質(1)、泵浦源(2)、介質鏡(3)，(4)、可調濾光鏡(5)、倍頻晶體(6)、能量計(7)、雷射電源(8)和聚光腔(9)組成，其特徵在於工作物質是Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)可調諧雷射晶體；倍頻晶體(6)是β-BaB2O4。
2.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，其特徵在於所述的泵浦源(2)是採用的非相干光源是小型直管燈，如氙燈或氪燈，工作狀態是脈衝的或連續的。
3.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，其特徵在於所述的泵浦源(2)是593nm波段的全固態腔內和頻雷射光源。
4.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，其特徵在於所述的泵浦源(2)放在雷射工作物質(1)的側部或端部。
5.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，其特徵在於所述的雷射工作物質(1)是塊狀或棒狀的。
6.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色雷射器，其特徵在於所述的倍頻晶體(6)是按I類或II類的相位匹配方式切割。
全文摘要
一種可調諧紅－綠－藍－紫色雷射器涉及雷射器件領域。闡述一種採用β－BaB
文檔編號H01S3/109GK1497803SQ0214384
公開日2004年5月19日 申請日期2002年9月29日 優先權日2002年9月29日
發明者塗朝陽, 吳柏昌, 李堅富, 朱昭捷, 王燕, 黃燕 申請人:中國科學院福建物質結構研究所