專利名稱：一種固體可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體和固體激光器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧激光器因其輸出激光波長(zhǎng)在幾百納米范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)而在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與染料可調(diào)諧激光器相比，固體可調(diào)諧激光器的使用壽命長(zhǎng)、光束質(zhì)量高，是可調(diào)諧激光技術(shù)的發(fā)展方向。其中的摻鈦藍(lán)寶石激光器以調(diào)諧范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、輸出功率大而著稱。其典型的構(gòu)成為利用輸出波長(zhǎng)在808nm附近GaAlAs半導(dǎo)體泵浦激光晶體Nd3+:YVO4或Nd3+:YAG產(chǎn)生1064nm波長(zhǎng)的激光，經(jīng)非線性光學(xué)晶體KTP或LBO倍頻得到532nm綠色激光，再用該綠色激光泵浦可調(diào)諧激光晶體Ti3+:Al2O3并最終輸出在700nm到1200nm波長(zhǎng)范圍可調(diào)諧的激光。該激光系統(tǒng)中需要兩塊激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體，使得器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，穩(wěn)定性和可靠性都比較差，價(jià)格比較昂貴，對(duì)使用環(huán)境的要求也比較高，在很多領(lǐng)域無法應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決當(dāng)前通過紅外光泵浦輸出固體可調(diào)諧激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難、價(jià)格昂貴等問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外光泵浦的單一激光晶體構(gòu)成的固體可調(diào)諧激光器，使得器件盡量緊湊和小型化，同時(shí)提高運(yùn)行穩(wěn)定性，降低器件成本。
本發(fā)明的激光器，是由紅外光泵浦系統(tǒng)、摻雜稀土離子和過渡族金屬離子的非線性激光晶體、波長(zhǎng)調(diào)諧元件、保證基波和可調(diào)諧激光起振的鍍膜片構(gòu)成的激光腔組成。采用的激光晶體為可同時(shí)摻雜稀土離子和過渡族金屬離子并具有非線性光學(xué)性能的晶體(簡(jiǎn)稱雙摻非線性激光晶體)。其中稀土離子能夠有效吸收紅外光、其基波激光波長(zhǎng)經(jīng)該晶體自身倍頻后處于過渡族金屬離子的有效吸收譜帶中，過渡族金屬離子吸收該倍頻光后輸出可調(diào)諧激光。例如在目前已有的非線性光學(xué)晶體GdxY1-xAl3(BO3)4(其中x可以從0變化到1)或LaSc3(BO3)4中，以0.5at.％～10.0at.％的Nd3+離子或1.0at.％～50.0at.％的Yb3+離子取代Gd3+、Y3+離子和La3+離子，以0.5at.％～10.0at.％的Cr3+離子或0.05at.％～5.0at.％的Ti3+離子取代Al3+和Sc3+離子。在雙摻非線性激光晶體的切割和安放過程中，保證摻雜其中的稀土離子經(jīng)紅外光激勵(lì)后的基波激光通光方向與倍頻該基波激光的相位匹配方向一致。
現(xiàn)結(jié)合附圖來說明本發(fā)明方案的實(shí)現(xiàn)方式首先，根據(jù)有效吸收紅外泵浦光和基波激光倍頻后能被過渡族金屬離子有效吸收的要求，選擇合適的稀土離子；根據(jù)出射可調(diào)諧激光和有效吸收上述倍頻激光的要求，選擇合適的過渡族金屬離子；再選擇能被上述稀土離子和過渡族金屬離子有效摻雜的非線性光學(xué)晶體作為基質(zhì)晶體，進(jìn)行稀土離子和過渡族金屬離子按一定濃度雙摻的激光晶體生長(zhǎng)。
其次，根據(jù)倍頻晶體中稀土離子基波激光的需要對(duì)雙摻非線性激光晶體1進(jìn)行定向切割，使其通光方向與所需的相位匹配方向一致，晶體的長(zhǎng)度可根據(jù)具體的材料和器件的要求確定(一般在幾毫米到幾十厘米之間)，端面積一般在毫米見方到厘米見方之間。之后將該晶體置于附圖所示的入射鍍膜腔鏡2和鍍膜片3之間。紅外光沿方向6端面泵浦或沿方向7側(cè)向泵浦晶體中的稀土離子，產(chǎn)生的基波激光可以在2和3之間諧振并由晶體自身倍頻，產(chǎn)生的倍頻光被晶體中過渡族金屬離子有效吸收。
最后，吸收倍頻光后的過渡族金屬離子具有幾百納米的激光增益帶寬，通過調(diào)諧元件4選擇該增益帶中特定波長(zhǎng)的激光在腔鏡2和5間諧振，并沿方向8輸出固體可調(diào)諧激光。
在雙摻非線性激光晶體的兩端面鍍泵浦光、基波光、倍頻光和調(diào)諧波段的增透膜，可以提高激光運(yùn)轉(zhuǎn)效率。還可以直接在雙摻非線性激光晶體的端面鍍膜而不用膜片3，使器件更加緊湊。
利用該類雙摻非線性激光晶體作為介質(zhì)，采用除附圖外的其他固體可調(diào)諧激光器件構(gòu)造，同樣可以實(shí)現(xiàn)固體可調(diào)諧激光輸出。
與已有的需要采用兩塊激光晶體和一塊非線性光學(xué)晶體的紅外光泵浦固體可調(diào)諧激光系統(tǒng)相比，本發(fā)明由單一激光晶體作為介質(zhì)構(gòu)成的激光器經(jīng)紅外光泵浦即可輸出固體可調(diào)諧激光。本發(fā)明使得固體可調(diào)諧激光器件更加緊湊，在很大程度克服了器件制造、維護(hù)、調(diào)整的復(fù)雜性，降低了制造和維護(hù)成本，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，將進(jìn)一步拓展固體可調(diào)諧激光的應(yīng)用領(lǐng)域。


該固體可調(diào)諧激光器的一種基本構(gòu)造如附圖所示，其中1是雙摻非線性激光晶體，其通光方向與倍頻稀土離子基波激光的相位匹配方向一致；2是激光腔的入射鍍膜腔鏡；3是對(duì)稀土離子的倍頻光高反，對(duì)過渡族金屬離子可調(diào)諧激光高透的鍍膜片；4是對(duì)過渡族金屬離子激光波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧的元件或元件組合；5是激光腔的出射鍍膜腔鏡；6是端面泵浦的紅外光入射方向；7是側(cè)向泵浦的紅外光入射方向；8是可調(diào)諧激光出射方向。
具體實(shí)施例實(shí)例1807nm波長(zhǎng)的紅外光端面泵浦摻Nd3+和Cr3+非線性激光晶體產(chǎn)生650nm到800nm波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體NdxY1-x(CryAl1-y)3(BO3)4(x＝0.04，y＝0.01)兩端面沿垂直于I類相位匹配角θ＝30.64°定向切割，同時(shí)確定晶體的大小(一般為φ5×20mm3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長(zhǎng)807nm附近高透、Nd3+離子基波激光波長(zhǎng)1064nm附近、倍頻光532nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高反(R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(R＞99％)、650nm到800nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長(zhǎng)范圍在650nm到800nm的雙折射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到800nm調(diào)諧范圍的透過率在1％到10％之間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個(gè)適于807nm紅外光沿方向6端面泵浦的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固體可調(diào)諧激光器，沿方向8輸出650nm到800nm的可調(diào)諧固體激光。
實(shí)例2977nm波長(zhǎng)的紅外光端面泵浦摻Y(jié)b3+和Cr3+非線性激光晶體產(chǎn)生650nm到800nm波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體YbxY1-x(CryAl1-y)3(BO3)4(x＝0.20，y＝0.01)兩端面沿垂直于I類相位匹配角θ＝32.9°定向切割，同時(shí)確定晶體的大小(一般為φ5×20mm3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在泵浦光波長(zhǎng)977nm附近高透、Yb3+離子基波激光波長(zhǎng)1062nm附近、倍頻光531nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高反(R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(R＞99％)、650nm到800nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長(zhǎng)范圍在650nm到800nm的雙折射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到800nm調(diào)諧范圍的透過率在1％到10％之間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個(gè)適于977nm紅外光沿方向6端面泵浦的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固體可調(diào)諧激光器，沿方向8輸出650nm到800nm的可調(diào)諧固體激光。
實(shí)例3807nm波長(zhǎng)的紅外光側(cè)向泵浦摻Nd3+和Cr3+非線性激光晶體產(chǎn)生650nm到800nm波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體NdxY1-x(CryAl1-y)3(BO3)4(x＝0.04，y＝0.01)兩端面沿垂直于I類相位匹配角θ＝30.64°定向切割，同時(shí)確定晶體的大小(一般為φ5×20mm3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在Nd3+離子基波激光波長(zhǎng)1064nm附近、倍頻光532nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高反(R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(R＞99％)、650nm到800nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長(zhǎng)范圍在650nm到800nm的雙折射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到800nm調(diào)諧范圍的透過率在1％到10％之間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個(gè)適于807nm紅外光沿方向7側(cè)向泵浦的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固體可調(diào)諧激光器，沿方向8輸出650nm到800nm的可調(diào)諧固體激光。
實(shí)例4977nm波長(zhǎng)的紅外光側(cè)向泵浦摻Y(jié)b3+和Cr3+非線性激光晶體產(chǎn)生650nm到800nm波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體YbxY1-x(CryAl1-y)3(BO3)4(x＝0.20，y＝0.01)兩端面沿垂直于I類相位匹配角θ＝32.9°定向切割，同時(shí)確定晶體的大小(一般為φ5×20mm3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在Yb3+離子基波激光波長(zhǎng)1062nm附近、倍頻光531nm附近、Cr3+離子激光調(diào)諧范圍650nm到800nm高反(R＞99％)；膜片3在1064nm附近、532nm附近高反(R＞99％)、650nm到800nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長(zhǎng)范圍在650nm到800nm的雙折射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在650nm到800nm調(diào)諧范圍的透過率在1％到10％之間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個(gè)適于977nm紅外光沿方向7側(cè)向泵浦的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固體可調(diào)諧激光器，沿方向8輸出650nm到800nm的可調(diào)諧固體激光。
實(shí)例5977nm波長(zhǎng)的紅外光側(cè)向泵浦摻Y(jié)b3+和Ti3+非線性激光晶體產(chǎn)生700nm到950nm波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧激光。雙摻非線性激光晶體YbxY1-x(TiyAl1-y)3(BO3)4(x＝0.20，y＝0.005)兩端面沿垂直于I類相位匹配角θ＝32.9°定向切割，同時(shí)確定晶體的大小(一般為φ5×20mm3的圓柱)，端面拋光后置于入射腔鏡2和膜片3之間。入射鍍膜腔鏡2在Yb3+離子基波激光波長(zhǎng)1062nm附近、倍頻光531nm附近、Ti3+離子激光調(diào)諧范圍700nm到950nm高反(R＞99％)；膜片3在1062nm附近、531nm附近高反(R＞99％)、700nm到950nm調(diào)諧范圍高透。調(diào)諧元件3可以采用有效調(diào)諧波長(zhǎng)范圍在700nm到950nm的雙折射濾光片、光柵或棱鏡等，鍍膜腔鏡5在700nm到950nm調(diào)諧范圍的透過率在1％到10％之間(根據(jù)紅外光泵浦功率確定)。這便是一個(gè)適于977nm紅外光沿方向7側(cè)向泵浦的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固體可調(diào)諧激光器，沿方向8輸出700nm到950nm的可調(diào)諧固體激光。
權(quán)利要求
1.一種固體可調(diào)諧激光器，是由紅外光泵浦系統(tǒng)、摻雜稀土離子和過渡族金屬離子的非線性激光晶體、波長(zhǎng)調(diào)諧元件和激光腔組成，其特征在于只采用一塊GdxY1-xAl3(BO3)4(x從0變化到1)或一塊LaSc3(BO3)4非線性激光晶體作為激光介質(zhì)，并以0.5at.％～10.0at.％的Nd3+離子或1.0at.％～50.0at.％的Yb3+離子取代Gd3+、Y3+離子和La3+離子，以0.5at.％～10.0at.％的Cr3+離子或0.05at.％～5.0at.％的Ti3+離子取代Al3+和Sc3+離子。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于所述的GdxY1-xAl3(BO3)4或LaSc3(BO3)4雙摻非線性激光晶體的長(zhǎng)度根據(jù)具體的材料和器件的要求確定。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于所述的雙摻非線性激光晶體的兩端面鍍泵浦光、稀土離子基波光和過渡族離子可調(diào)諧激光的增透膜。
4.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于直接將附圖中膜片(3)鍍?cè)谒鲭p摻非線性激光晶體的端面上。
全文摘要
一種固體可調(diào)諧激光器涉及激光晶體和固體激光器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。將同時(shí)摻雜稀土和過渡族金屬離子的非線性光學(xué)晶體作為激光運(yùn)轉(zhuǎn)介質(zhì)來代替目前常用的兩塊激光晶體加上一塊非線性光學(xué)晶體的功能，利用紅外光泵浦輸出固體可調(diào)諧激光。該器件由單一激光晶體與調(diào)諧元件和激光腔鏡構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定性和可靠性高。
文檔編號(hào)H01S3/16GK1492548SQ0214566
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者黃藝東, 熊飛兵, 黃妙良, 羅遵度 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所