專利名稱：一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖激光器，特別涉及一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置。
背景技術(shù)：
目前紅光激光的產(chǎn)生機制主要有由由氪離子氣體激光器產(chǎn)生紅光、半導(dǎo)體二極管直接產(chǎn)生紅光、由Nd:YVO4/YAG晶體倍頻以及紅寶石激光器等固體激光器件產(chǎn)生紅光、利用摻雜Pr等元素的雙包層光纖的上轉(zhuǎn)換實現(xiàn)紅光輸出。但氪離子氣體激光器的體積龐大；半導(dǎo)體二極管的紅光輸出質(zhì)量差，且價格較高；固體激光器產(chǎn)生紅光主要采用對Nd:YVO4/YAG等激光晶體進行腔內(nèi)倍頻實現(xiàn)紅光輸出，一般主要采用直腔或V型腔的結(jié)構(gòu)，雖然體積有了一定的壓縮，輸出光束質(zhì)量也較好，但由于其具有較強的熱效應(yīng)，限制了其功率的進一步提高，且需要龐大的冷卻裝置，這樣便增加了固體激光器裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)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(zhuǎn)換實現(xiàn)紅光輸出的光纖激光器，雖然具有雙包層光纖激光器的一些優(yōu)點，但由于上轉(zhuǎn)換機理的效率低、穩(wěn)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(jié)構(gòu)簡單、體積小、輸出穩(wěn)定且光束質(zhì)量好、功率大的紅光激光產(chǎn)生裝置具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)價值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功率大，輸出穩(wěn)定且光束質(zhì)量好。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，包括，第一基頻光波系統(tǒng)與第二基頻光波系統(tǒng)平行并排放置，第一基頻光波系統(tǒng)和第二基頻光波系統(tǒng)后設(shè)置和頻系統(tǒng)，第一基頻光波系統(tǒng)和第二基頻光波系統(tǒng)的出射光分別入射和頻系統(tǒng)的上端二色鏡和下端二色鏡上。
所述的第一基頻光波系統(tǒng)采用光纖激光器結(jié)構(gòu)，輸出波長在1080-1100nm間，其構(gòu)成包括第一激光二極管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；第一激光二極管LD泵浦源后設(shè)置第一泵浦輸入耦合透鏡組，第一泵浦輸入耦合透鏡組后設(shè)置前端雙色片，三者位于同一準直光路，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，末端雙色片后設(shè)置第一輸出準直透鏡；該第一激光二極管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采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激光工作物質(zhì)，采用Yb摻雜雙包層石英光纖；該第一輸出準直透鏡采用單個非球面透鏡。
所述的第二基頻光波系統(tǒng)采用光纖激光器結(jié)構(gòu)，輸出波長在1550-1560nm間，其構(gòu)成包括第二激光二極管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；第二激光二極管LD泵浦源后設(shè)置第二泵浦輸入耦合透鏡組，第二泵浦輸入耦合透鏡組后設(shè)置第二前端雙色片，三者位于同一準直光路，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，第二末端雙色片后設(shè)置第二輸出準直透鏡；該第二激光二極管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采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激光工作物質(zhì)，采用Yb-Er共摻的雙包層石英光纖；該第二輸出準直透鏡采用單個非球面透鏡。
所述的和頻系統(tǒng)，其構(gòu)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棱鏡；上端二色鏡設(shè)置在第一基頻光波系統(tǒng)中第一輸出準直透鏡后，并以45°傾角放置，上端二色鏡后依次設(shè)置聚焦透鏡、和頻晶體和輸出準直透鏡，且四者位于同一準直光路，輸出準直透鏡后設(shè)置分光棱鏡，下端二色鏡設(shè)置在第二基頻光波系統(tǒng)中第二輸出準直透鏡后，并以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；該聚焦透鏡采用一凸透鏡；該和頻晶體采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；該分光棱鏡采用石英棱鏡。
本發(fā)明采用光纖激光器作為基頻光波產(chǎn)生裝置，具有體積小、性能穩(wěn)定、光束質(zhì)量好、輸出功率高等優(yōu)勢，且所用光纖激光器是目前成熟的Yb摻雜雙包層光纖激光器和Yb-Er共摻雙包層光纖激光器，其輸出光束質(zhì)量好且已能實現(xiàn)百瓦級以上的高功率輸出，為高功率紅光激光的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)；另外，目前非線性光學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，且本發(fā)明所采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，為高功率紅光激光的產(chǎn)生提供了保證。本發(fā)明有效結(jié)合了成熟的光纖激光器與發(fā)展迅速的非線性光學(xué)技術(shù)，為激光顯示尤其是激光電視、激光醫(yī)療，激光演示等應(yīng)用領(lǐng)域提供一種體積小、性能穩(wěn)定、輸出功率高的紅光激光產(chǎn)生裝置。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參照圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下第一基頻光波系統(tǒng)1和第二基頻光波系統(tǒng)2輸出的基頻光分別沿上下兩平行光路射向和頻系統(tǒng)3，沿上端平行光路自左向右依次設(shè)置著第一激光二極管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，三者處于同一準直光路，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后設(shè)置第一輸出準直透鏡1-5，第一輸出準直透鏡1-5后設(shè)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位于同一準直光路；沿下端平行光路自左向右依次設(shè)置著第二激光二極管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，三者處于同一準直光路，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后設(shè)置第二輸出準直透鏡2-5，第二輸出準直透鏡2-5后設(shè)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位于同一準直光路；下端二色鏡3-2以45°傾角平行放置于上端二色鏡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(jīng)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°傾角平行放置于下端二色鏡3-2正上方，其前端設(shè)置第一輸出準直透鏡1-5，其后端依次設(shè)置聚焦透鏡3-3、和頻晶體3-4和輸出準直透鏡3-5，且五者位于同一準直光路，輸出準直透鏡3-5后設(shè)置分光棱鏡3-6。
具體工作過程第一基頻光波系統(tǒng)1中，第一激光二極管LD泵浦源1-1產(chǎn)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(nèi)包層中，激發(fā)該雙包層光纖，并在由前端雙色片1-3a、第一雙包層光纖1-4和末端雙色片1-3b所構(gòu)成的F-P腔內(nèi)形成中心波長為1100nm的高功率基頻光振蕩，最后經(jīng)末端雙色片1-3b輸出該基頻光；同理，第二基頻光波系統(tǒng)2中第二激光二極管LD泵浦源2-1產(chǎn)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(nèi)包層中，激發(fā)該雙包層光纖，并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(gòu)成的F-P腔中形成中心波長為1560nm的高功率基頻光振蕩，最后經(jīng)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(tǒng)1和第二基頻光波系統(tǒng)2的輸出光束分別射向和頻系統(tǒng)3的上端二色鏡3-1和下端二色鏡3-2，經(jīng)過上端二色鏡3-1對第一基頻光波系統(tǒng)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(tǒng)2輸出的1560nm基頻光的垂直反射作用后在上端二色鏡3-1處實現(xiàn)兩基頻光的光束合成，該合成光束包括1100nm和1560nm兩個波段，經(jīng)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(yīng)實現(xiàn)和頻，產(chǎn)生中心波長在645nm的紅光激光，最后經(jīng)輸出準直透鏡3-5準直后入射到分光棱鏡3-6，實現(xiàn)與基頻激光的分離，得到645nm的紅光激光輸出。
所述的第一基頻光波系統(tǒng)1采用光纖激光器結(jié)構(gòu)，輸出中心波長為1100nm，其構(gòu)成包括第一激光二極管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；該第一激光二極管LD泵浦源1-1帶尾纖輸出，輸出光斑為800um，數(shù)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采用非球面透鏡組；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作為激光工作物質(zhì)，采用Yb摻雜D形雙包層石英光纖，內(nèi)包層尺寸為350/400um，數(shù)值孔徑為0.46，纖芯直徑為25um，數(shù)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(tǒng)2采用光纖激光器結(jié)構(gòu)，輸出中心波長為1560nm，其構(gòu)成包括第二激光二極管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；該第二激光二極管LD泵浦源2-1帶尾纖輸出，輸出光斑為800um，數(shù)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采用非球面透鏡組；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作為激光工作物質(zhì)，采用Yb-Er共摻的D形雙包層石英光纖，內(nèi)包層尺寸為350/400um，數(shù)值孔徑為0.48，纖芯直徑為25um，數(shù)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，并通過能量轉(zhuǎn)移激發(fā)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(tǒng)3，其構(gòu)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和分光棱鏡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采用一凸透鏡；該和頻晶體3-4采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；該分光棱鏡3-6采用石英棱鏡，將和頻的紅光與基頻激光分離。
本實例的光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置可輸出數(shù)瓦級以上的高功率紅光激光，且效率較高，光束質(zhì)量好，體積小，是理想的紅光激光源。
權(quán)利要求
1.一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，包括第一基頻光波系統(tǒng)(1)，其特征在于，第一基頻光波系統(tǒng)(1)與第二基頻光波系統(tǒng)(2)平行并排放置，第一基頻光波系統(tǒng)(1)和第二基頻光波系統(tǒng)(2)后設(shè)置和頻系統(tǒng)(3)，第一基頻光波系統(tǒng)(1)和第二基頻光波系統(tǒng)(2)的出射光分別入射和頻系統(tǒng)(3)的上端二色鏡(3-1)和下端二色鏡(3-2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，所述的第一基頻光波系統(tǒng)(1)包括，第一激光二極管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)；第一激光二極管LD泵浦源(1-1)后設(shè)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)后設(shè)置前端雙色片(1-3a)，三者位于同一準直光路，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)后設(shè)置第一輸出準直透鏡(1-5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，第一激光二極管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)采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)采用Yb摻雜雙包層石英光纖；該第一輸出準直透鏡(1-5)采用單個非球面透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，所述的第二基頻光波系統(tǒng)(2)包括，第二激光二極管(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)；第二激光二極管LD泵浦源(2-1)后設(shè)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)后設(shè)置第二前端雙色片(2-3a)，三者位于同一準直光路，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)后設(shè)置第二輸出準直透鏡(2-5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，第二激光二極管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)采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)采用Yb-Er共摻的雙包層石英光纖；該第二輸出準直透鏡(2-5)采用單個非球面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，所述的和頻系統(tǒng)(3)構(gòu)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)和分光棱鏡(3-6)；上端二色鏡(3-1)設(shè)置在第一基頻光波系統(tǒng)(1)中第一輸出準直透鏡(1-5)后，并以45°傾角放置，上端二色鏡(3-1)后依次設(shè)置聚焦透鏡(3-3)、和頻晶體(3-4)和輸出準直透鏡(3-5)，且四者位于同一準直光路，輸出準直透鏡(3-5)后設(shè)置分光棱鏡(3-6)，下端二色鏡(3-2)設(shè)置在第二基頻光波系統(tǒng)(2)中第二輸出準直透鏡(2-5)后，并以45°傾角平行放置在上端二色鏡(3-1)的正下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，其特征在于，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)采用一凸透鏡；該和頻晶體(3-4)采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；該分光棱鏡(3-6)采用石英棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖激光器和頻產(chǎn)生紅光的裝置，第一基頻光波系統(tǒng)與第二基頻光波系統(tǒng)平行并排放置，第一基頻光波系統(tǒng)和第二基頻光波系統(tǒng)后設(shè)置和頻系統(tǒng)，第一基頻光波系統(tǒng)和第二基頻光波系統(tǒng)的出射光分別入射和頻系統(tǒng)的上端二色鏡和下端二色鏡上。其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功率大，輸出穩(wěn)定且光束質(zhì)量好。本發(fā)明結(jié)合光纖激光器的優(yōu)勢與成熟的非線性光學(xué)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于激光顯示、激光醫(yī)療、激光演示等領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者白晉濤 申請人:西北大學(xué)