專利名稱：高功率內(nèi)腔倍頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種激光二極管泵浦的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，它適于激光全色顯示、其它激光器的泵浦源、光儲存、激光打標、激光劃片、印刷板的熱成像、激光醫(yī)療、科研和娛樂等領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
瓦級連續(xù)紅光、綠光、藍光激光器在激光全色顯示、其它激光器的泵浦源、光儲存、激光打標、激光劃片、印刷板的熱成像、激光醫(yī)療、科研和娛樂等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。激光二極管泵浦的連續(xù)內(nèi)腔倍頻激光器因其高功率、高效率、高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性(功率和頻率)、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點而成為實現(xiàn)上述紅光、綠光、藍光激光器的最有理想的技術(shù)。目前，隨著商品化的激光二極管激光功率的提高，國際上激光二極管泵浦的高功率內(nèi)腔倍頻激光器的輸出功率也越來越高。對于該類激光器存在的，諸如激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱效應(yīng)(含熱透鏡效應(yīng)、熱致雙折射等)、“綠光問題”(即倍頻激光功率不穩(wěn)定)等嚴重地影響激光器的輸出功率及其穩(wěn)定性、激光光束質(zhì)量等?，F(xiàn)多采用折迭腔內(nèi)插入凸透鏡(見美國專利號5446749，其名稱“Diode pumped，Multi Axial Mode，IntracavityDoubledLaser”；中國專利號ZL01225034.1，其名稱“大功率半導(dǎo)體激光縱向泵浦內(nèi)腔倍頻激光器”；中國專利申請?zhí)?9105276.5，其名稱“具有光學(xué)鎮(zhèn)定器的高度穩(wěn)定性的LD泵浦內(nèi)腔倍頻激光器”)、折迭腔內(nèi)插入λ/4波片和Brewster板或標準具(C.Czeranowsky，E.Heumann，and G.Huber，All-solid-statecontinuous-wave frequency-doubled NdYAG-BiBO laser with 2.8W output-powerat 473nm，Optics Letters，Vol.28(6)，432(2003).L.Y.Liu，M.Oka，W.Wiechmann，and S.Kubota，Longitudinally diode-pumped continuous-wave 3.5W green laser，Optical Letters，Vol.19(3)，189(1994))、環(huán)形腔單頻運轉(zhuǎn)(L Cabaret，J.Philip，andP.Camus，nansient frequency shin in a single-mode quasi-continuousdiode-pumped NdYAG laser，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.36(11)，1323(2000)；M.V.Okhapkin，M.N.Skvortsov，A.M.Belkin，N.L.Kvashnin，andS.N.Bagayev，Tunable single-frequency diode-pumped NdYAG ring laser at1064/532nm for optical frequency standard applications，Optics Communications，203，359(2002))等技術(shù)進行解決。但是上述措施因光學(xué)損耗大或無法實現(xiàn)雙端泵浦以增加泵浦功率，而影響激光器的輸出功率和光-光轉(zhuǎn)換效率。特別是插入Brewster板的折迭腔，如果激光介質(zhì)因存在雙折射(諸如激光介質(zhì)是光學(xué)各向異性，或存在熱致雙折射等)而產(chǎn)生復(fù)雜的相位延遲，再加上倍頻晶體產(chǎn)生的相位延遲，振蕩光的偏振態(tài)將產(chǎn)生復(fù)雜的變化，導(dǎo)致每次通過Brewster板時產(chǎn)生較大的光學(xué)損耗。只有對激光介質(zhì)和倍頻晶體的長度等進行精確控制或標準具選縱模，才能克服上述偏振態(tài)的變化，而對激光介質(zhì)與倍頻晶體長度的精確控制將需要很高的溫度控制精度和材料加工精度。而且標準具等選模措施，也必須付出較大的光學(xué)損耗代價。另外，如果折迭腔內(nèi)不插入Brewster板，為了實現(xiàn)像散補償，折迭腔的折迭角比較小(不大于10°，例如，中國專利號ZL93212776.2，其名稱“綠光固體激光器”)，如果折迭角過小，由于光學(xué)元件及其安裝支架會遮擋光路，光學(xué)元件的安裝等就會受到影響，增加安裝難度，甚至無法安裝。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的諸如激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱效應(yīng)、“綠光問題”，以及諧振腔內(nèi)的振蕩光與泵浦光的模式匹配等嚴重影響激光輸出功率及其穩(wěn)定性、光-光轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量的問題，而專門設(shè)計出一種新的激光二極管泵浦的高功率內(nèi)腔倍頻激光器。該激光器利用相對振蕩光正入射的平凸全反鏡作為折迭腔的一個端鏡(1)、一個斜入射的平凹或平平全反鏡(2)、一個斜入射的平凹輸出鏡(3)，以及一個正入射的平凹全反鏡(4)作為折迭腔的另一個端鏡組成的熱穩(wěn)定諧振腔，有效地克服激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱透鏡效應(yīng)；在不插入任何像散補償光學(xué)元件的情況下，能夠以較大折迭角θ下(10°≤θ≤45°)實現(xiàn)像散補償，并減少光學(xué)損耗。從而能夠很好地克服熱效應(yīng)、“綠光問題”、光學(xué)損耗等對激光輸出功率及其穩(wěn)定性、光-光轉(zhuǎn)換效率、激光模式和振蕩光(即基頻光)與泵浦光間的模式匹配影響，很大地提高了激光輸出功率及其穩(wěn)定性、光-光轉(zhuǎn)換效率和激光光束質(zhì)量，使之在很大的泵浦功率范圍內(nèi)，激光器處于高效高功率TEM00工作狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是通過以下方案來實現(xiàn)的本高功率內(nèi)腔倍頻激光器包括泵浦源，光學(xué)耦合系統(tǒng)(9)和(10)，由全反鏡(1)、(2)和(4)，輸出鏡(3)組成的熱穩(wěn)定折迭腔，以及放置在全反鏡(1)與(2)之間的激光介質(zhì)(5)和放置在輸出鏡(3)與全反鏡(4)之間的倍頻晶體(6)，其中全反鏡(1)為平凸鏡，全反鏡(2)為平凹鏡或平平鏡，輸出鏡(3)、全反鏡(4)均為平凹鏡；平凸全反鏡(1)作為熱穩(wěn)定折迭諧振腔的一個端鏡，相對振蕩光正入射放置，全反鏡(4)作為另一個端鏡，相對振蕩光正入射放置，全反鏡(2)、輸出鏡(3)均相對于光軸呈傾斜對應(yīng)設(shè)置，全反鏡(1)、(2)之間的光路與全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路所成的折迭角θ和全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路與輸出鏡(3)、全反鏡(4)之間的光路所構(gòu)成的折迭角相等，在保證振蕩光在倍頻晶體處的束腰實現(xiàn)像散補償?shù)臈l件下，考慮到過大的折迭角將導(dǎo)致振蕩光產(chǎn)生較大的偏振損耗，可以選擇10°≤θ≤45°；全反鏡(2)的曲率半徑R2大于平凹輸出鏡(3)的曲率半徑R3，通過對全反鏡(1)和全反鏡(2)之間的振蕩光光斑進行放大，以保證振蕩光在倍頻晶體處能夠很好地聚焦，聚焦光斑半徑w2≤w1，提高倍頻效率和功率；全反鏡(4)的曲率半徑R4≤輸出鏡(3)的曲率半徑R3，可以降低諧振腔的光學(xué)損耗等。
在本發(fā)明中，平凸全反鏡(1)的曲率半徑R1及其到靠近激光介質(zhì)端面的距離，要根據(jù)泵浦功率的范圍、激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱透鏡焦距fL1和fL2、泵浦光光斑半徑wp、折迭角θ、全反鏡(2)的曲率半徑R2、全反鏡(4)的曲率半徑R4、輸出鏡(3)的曲率半徑R3、全反鏡(1)和(2)之間的腔長L1、全反鏡(2)和輸出鏡(3)之間的腔長L2、輸出鏡(3)和全反鏡(4)之間的腔長L3、振蕩光在激光介質(zhì)(5)和倍頻晶體(6)上的最小光斑或束腰半徑w1和束腰半徑w2等參數(shù)確定。設(shè)計要求是在熱透鏡焦距fL1和fL2大幅度變化時，諧振腔處于穩(wěn)區(qū)；振蕩光在倍頻晶體處的束腰位置基本保持不變；w1和w2仍能基本保持恒定；同時保證振蕩光在倍頻晶體內(nèi)的束腰實現(xiàn)像散補償，以及實現(xiàn)諧振腔內(nèi)的振蕩光與泵浦光的模式匹配。
所述倍頻晶體(6)放置在輸出鏡(3)和全反鏡(4)之間的振蕩光束腰處。
各透鏡的膜層要求如下全反鏡(1)至少凸面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜，至少平面有泵浦光的增透膜。全反鏡(2)至少凹面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜，至少平面有泵浦光的增透膜。輸出鏡(3)至少凹面有相應(yīng)的基頻光增反膜，倍頻光的增透膜。全反鏡(4)至少凹面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜。
本發(fā)明中，如果激光介質(zhì)存在多條激光譜線，當要實現(xiàn)激光輸出的譜線的受激發(fā)射截面小于所存在的某些譜線的受激發(fā)射截面時，還要對折迭腔中至少一個腔鏡的第一個入射面或兩通光面鍍受激發(fā)射截面大于激光輸出譜線的所有其它譜線的增透膜。
本發(fā)明中，放置在平凸全反鏡(1)和平凹或平平全反鏡(2)之間激光介質(zhì)(5)可以是一塊，也可以是兩塊，插入兩塊激光介質(zhì)的目的是為了增加泵浦功率，避免泵浦光對激光介質(zhì)的損傷，減少激光介質(zhì)的熱效應(yīng)，進一步提高激光輸出功率。
本激光器最突出的技術(shù)特征有以下幾點(1)由平凸全反鏡作為折迭腔的一個端鏡、一個斜入射的平凹或平平全反鏡、一個斜入射的平凹輸出鏡，以及一個正入射的平凹全反鏡作為折迭腔的另一個端鏡組成的熱穩(wěn)定諧振腔，能夠很好地克服隨泵浦功率的增加熱透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的振蕩光模體積的體積減小，提高振蕩光的功率及其穩(wěn)定性。(2)熱穩(wěn)定諧振腔中的平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡(3)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，在腔內(nèi)不插入任何像散補償元件避免偏振損耗的情況下，能夠以較大的折迭角對折迭腔內(nèi)振蕩光的像散進行補償，很好地提高了倍頻光效率和輸出功率、光束質(zhì)量高(TEM00模輸出)；同時保證光路不受光學(xué)元件及其安裝支架的遮擋，便于各種光學(xué)元件的放置。(3)熱穩(wěn)定諧振腔中的平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡(3)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，能夠很好地克服不同的泵浦功率所產(chǎn)生的不同焦距的熱透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的振蕩光模式變化，使基頻光在倍頻晶體內(nèi)的束腰半徑w2保持基本恒定，并且w2≤w1(振蕩光在激光介質(zhì)處的最小光斑半徑)，從而提高倍頻效率。(4)熱穩(wěn)定諧振腔中的平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡(3)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，能夠很好地克服不同的泵浦功率所產(chǎn)生的不同焦距的熱透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的振蕩光模式變化，保證振蕩光在激光介質(zhì)上的最小光斑半徑w1基本保持恒定，并且實現(xiàn)不同泵浦功率下的泵浦光和振蕩光的模式匹配，提高激光器的輸出功率。(5)熱穩(wěn)定諧振腔中的平凹輸出鏡(3)和平凹全反鏡(4)，保證倍頻晶體處于振蕩光的束腰處，提高了倍頻效率和輸出功率。
我們采用本發(fā)明，所研制的激光二極管雙端泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器，在兩個808nm激光二極管尾纖輸出功率之和40W泵浦下，671nm激光TEM00運轉(zhuǎn)，激光輸出功率達到1.90W，光-光轉(zhuǎn)換效率(激光輸出功率/進行入激光介質(zhì)的泵浦功率)達到5.61％，4小時激光輸出功率不穩(wěn)定度約為1.3％(均方根)。
本發(fā)明工作原理如下由平凸全反鏡作為折迭腔的一個端鏡、一個斜入射的平凹或平平全反鏡、一個斜入射的平凹輸出鏡，以及一個正入射的平凹全反鏡作為折迭腔的另一個端鏡組成的熱穩(wěn)定諧振腔，其中由平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)在激光介質(zhì)所在的折迭臂中對振蕩光具有很好的放大效果，以補償激光介質(zhì)和倍頻晶體產(chǎn)生較嚴重的熱透鏡效應(yīng)所造成振蕩光的模體積的減小，從而得到大的模體積，提高激光輸出功率及其穩(wěn)定性。
由平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡(3)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，很好地克服不同的泵浦功率所產(chǎn)生的不同焦距的熱透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的振蕩光模式變化，保證振蕩光在激光介質(zhì)和倍頻晶體上的最小光斑或束腰的位置和大小基本保持恒定，也提高激光輸出功率及其穩(wěn)定性。
由平凸全反鏡(1)、平凹或平平全反鏡(2)和平凹輸出鏡(3)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，在倍頻晶體所在的折迭臂中對振蕩光具有很好的聚焦效果，在腔內(nèi)不插入任何像散補償元件的情況下，能夠很好地克服不同的泵浦功率所產(chǎn)生的不同焦距的熱透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的振蕩光模式變化，在較大的折迭角下對振蕩光的像散進行補償，從而極大地降低了腔內(nèi)的光學(xué)損耗和振蕩光偏振態(tài)變化等，很好地提高了倍頻光效率和輸出功率、光束質(zhì)量高(TEM00模輸出)；另外，較大的折迭角也保證了光路不受光學(xué)元件及其安裝支架的遮擋，便于各種光學(xué)元件的放置。
平凸全反鏡(1)的曲率半徑R1及其到靠近激光介質(zhì)端面的距離，要根據(jù)泵浦功率的范圍、激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱透鏡效應(yīng)、泵浦光光斑半徑wp、折迭角θ、全反鏡(2)的曲率半徑R2、全反鏡(4)的曲率半徑R4、輸出鏡(3)的曲率半徑R3、全反鏡(1)和(2)之間的腔長L1、全反鏡(2)和輸出鏡(3)之間的腔長L2、輸出鏡(3)和全反鏡(4)之間的腔長L3、振蕩光在激光介質(zhì)(5)和倍頻晶體(5)上的最小光斑半徑w1和束腰半徑w2等參數(shù)，利用描述高斯光束傳輸?shù)腁BCD定律進行計算。實現(xiàn)熱穩(wěn)定諧振腔的條件如下1.諧振腔處于穩(wěn)區(qū)。
2.由平凸全反鏡(1)作為折迭腔的一個端鏡克服激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱透鏡聚焦效應(yīng)，保證振蕩光在激光介質(zhì)處的最小光斑w1大小基本恒定。
3.保證振蕩光在倍頻晶體處的束腰位置基本不變，并且束腰半徑w2≤w1，要求全反鏡(2)曲率半徑R2大于平凹輸出鏡(3)的曲率半徑R3，即R2＞R3。
4.為了減少光學(xué)損耗，提高諧振腔穩(wěn)定性，平凹全反鏡(4)的曲率半徑R4≤R3。
5.在較大的折迭角情況下，保證振蕩光在倍頻晶體處的束腰實現(xiàn)像散補償。
6.保證振蕩光與泵浦光的模式匹配。
上述技術(shù)方案適合于激光二極管單端泵浦、雙端泵浦、側(cè)面泵浦，以及閃光燈泵浦的各類內(nèi)腔倍頻激光器。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)在較大的泵浦功率范圍內(nèi)，激光輸出功率高。利用本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器，在兩個808nm激光二極管尾纖輸出功率總和40W泵浦下，671nm激光TEM00運轉(zhuǎn)，激光輸出功率達到1.90W。
(2)在較大的泵浦功率范圍內(nèi)，激光器的光-光轉(zhuǎn)換效率高。利用本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器光-光轉(zhuǎn)換效率達到5.61％。
(3)在較大的泵浦功率范圍內(nèi)，激光器的輸出功率穩(wěn)定性高。利用本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器，激光輸出功率1.90W時，4小時激光輸出功率不穩(wěn)定度約為1.3％(均方根)。
(4)在較大的泵浦功率范圍內(nèi)，激光光束質(zhì)量高。利用本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器，激光輸出功率1.90W時，光束質(zhì)量好，激光模式為TEM00模。
該類激光器非常適合于激光全色顯示、其它激光器的泵浦源、光儲存、激光打標、激光劃片、印刷板的熱成像、激光醫(yī)療、科研和娛樂等領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明激光器的光路示意圖。
圖2為本發(fā)明激光器插入兩塊激光介質(zhì)的光路示意圖。
圖3為本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器的輸出功率與泵浦功率關(guān)系圖。
圖4為本發(fā)明研制的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器的光-光轉(zhuǎn)換效率與泵浦功率關(guān)系圖。
具體實施方式
本發(fā)明以下結(jié)合附圖(實施例)做進一步描述，但并不是限制本發(fā)明。
如圖1所示本激光二極管泵浦的內(nèi)腔倍頻激光器包括泵浦源(7)和(8)，光學(xué)耦合系統(tǒng)(9)和(10)，由全反鏡(1)、(2)和(4)，輸出鏡(3)組成的熱穩(wěn)定折迭諧振腔，以及放置在全反鏡(1)與(2)之間的激光介質(zhì)(5)和放置在輸出鏡(3)與全反鏡(4)之間的倍頻晶體(6)，全反鏡(1)為平凸鏡，全反鏡(2)為平凹鏡或平平鏡，輸出鏡(3)為平凹鏡，全反鏡(4)為平凹鏡；平凸全反鏡(1)相對振蕩光正入射放置，全反鏡(4)相對振蕩光正入射放置，全反鏡(2)、輸出鏡(3)均相對于光軸呈傾斜對應(yīng)設(shè)置，全反鏡(1)、(2)之間的光路與全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路所成的折迭角θ和全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路與輸出鏡(3)、全反鏡(4)之間的光路所構(gòu)成的折迭角相等。
泵浦源(激光二極管)(7)和(8)輸出激光波長808nm(美國Coherent公司產(chǎn)FAP-Sys-30型)。光學(xué)耦合系統(tǒng)的對泵浦光的聚焦光斑直徑為800μm，光學(xué)耦合效率為94.5％。平凸全反鏡(1)的曲率半徑可為-100mm；平面鍍808nm增透膜，透過率為90％，凸面鍍1342nm和671nm增反膜，1064nm透過率＞60％。平凹鏡全反鏡(2)的曲率半徑為200mm，凹面鍍1342nm和671nm的10°入射角增反膜，反射率99％。平凹輸出鏡(3)的曲率半徑可為100mm；鍍1342nm增反膜，反射率99％；鍍671nm增透膜，透過率90％。平凹全反鏡(4)半徑為100mm；凹面鍍1342nm和671nm增反膜，反射率99％。激光介質(zhì)(5)采用Nd:YVO4晶體，通光長度為12mm，摻雜Nd3+濃度0.3％，兩通光面鍍1342nm和808nm增透膜。倍頻晶體采用LBO，II類非臨界相位匹配，通光長度12mm，兩通光面對1342nm和671nm鍍增透膜。Nd:YVO4和LBO晶體的側(cè)面均用銦片包裹后放在紫銅夾中，用恒溫循環(huán)器進行溫度控制。折迭臂長度L1＝65mm，L2＝235mm，L3＝370mm，折迭角θ＝25°。
圖1中7，8為激光二極管，9，10為光學(xué)耦合系統(tǒng)，1為平凸全反鏡，5為激光介質(zhì)，2為平凹全反鏡，3為平凹輸出鏡，6為LBO晶體，4為平凹全反鏡。
圖2為插入兩塊激光介質(zhì)(5a)和(5b)的光路示意圖，插入兩塊激光介質(zhì)的目的是為了增加泵浦功率，避免泵浦光對激光介質(zhì)的損傷，減少激光介質(zhì)的熱效應(yīng)，進一步提高激光輸出功率。其它光學(xué)元件與圖1中的要求相同。
用美國Newport產(chǎn)的2835-C型雙通道多功能激光功率/能量計測量本發(fā)明的激光二極管泵浦的連續(xù)Nd:YVO4/LBO內(nèi)腔倍頻671nm激光器的輸出功率，實驗結(jié)果如圖3所示。在兩個808nm激光二極管尾纖輸出功率之和為40W，即33.85W的泵浦光進入激光介質(zhì)的情況下，671nm TEM00激光輸出功率達到1.90W，光-光轉(zhuǎn)換效率達到5.61％，詳見圖4所示。671nm激光功率1.90W情況下，4小時內(nèi)激光輸出功率不穩(wěn)定度約為1.3％。
權(quán)利要求
1.一種高功率內(nèi)腔倍頻激光器，它包括泵浦源(7)和(8)，光學(xué)耦合系統(tǒng)(9)和(10)，由全反鏡(1)、(2)和(4)，輸出鏡(3)組成的熱穩(wěn)定折迭諧振腔，以及放置在全反鏡(1)與(2)之間的激光介質(zhì)(5)和放置在輸出鏡(3)與全反鏡(4)之間的倍頻晶體(6)，其特征在于a.全反鏡(1)為平凸鏡；b.全反鏡(2)為平凹鏡或平平鏡；c.輸出鏡(3)為平凹鏡；d.全反鏡(4)為平凹鏡；e.平凸全反鏡(1)作為熱穩(wěn)定折迭諧振腔的一個端鏡，相對振蕩光正入射放置；全反鏡(4)作為另一個端鏡，相對振蕩光正入射放置；全反鏡(2)、輸出鏡(3)均相對于光軸呈傾斜對應(yīng)設(shè)置；全反鏡(1)、(2)之間的光路與全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路所成的折迭角θ和全反鏡(2)、輸出鏡(3)之間的光路與輸出鏡(3)、全反鏡(4)之間的光路所構(gòu)成的折迭角相等，且10°≤θ≤45°；f.全反鏡(2)的曲率半徑R2大于平凹輸出鏡(3)的曲率半徑R3，全反鏡(4)的曲率半徑R4≤輸出鏡(3)的曲率半徑R3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于平凸全反鏡(1)的曲率半徑R1及其到靠近激光介質(zhì)端面的距離，要根據(jù)泵浦功率的范圍、激光介質(zhì)和倍頻晶體的熱透鏡焦距fL1和fL2、泵浦光光斑半徑wp、折迭角θ、全反鏡(2)的曲率半徑R2、全反鏡(4)的曲率半徑R4、輸出鏡(3)的曲率半徑R3、全反鏡(1)和(2)之間的腔長L1、全反鏡(2)和輸出鏡(3)之間的腔長L2、輸出鏡(3)和全反鏡(4)之間的腔長L3、振蕩光在激光介質(zhì)(5)和倍頻晶體(5)上的最小光斑或束腰半徑w1和w2等參數(shù)確定，設(shè)計要求是在熱透鏡焦距fL1和fL2大幅度變化時，振蕩光在倍頻晶體處的束腰位置基本保持不變，w1和w2仍能基本保持恒定；同時保證振蕩光在倍頻晶體內(nèi)的束腰處實現(xiàn)像散補償，以及實現(xiàn)諧振腔內(nèi)的振蕩光與泵浦光的模式匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于倍頻晶體(6)放置在輸出鏡(3)和全反鏡(4)之間的振蕩光束腰處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于全反鏡(1)至少凸面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜，至少平面有泵浦光的增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于全反鏡(2)至少凹面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜，至少平面泵浦光的增透膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于輸出鏡(3)至少凹面有相應(yīng)的基頻光的增反膜，倍頻光的增透膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于全反鏡(4)至少凹面有相應(yīng)的基頻光和倍頻光增反膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于全反鏡(1)和(2)之間放置有一塊激光介質(zhì)(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率內(nèi)腔倍頻激光器，其特征在于全反鏡(1)和(2)之間放置有兩塊激光介質(zhì)(5a)和(5b)。
全文摘要
一種高功率內(nèi)腔倍頻激光器，包括泵浦源，光學(xué)耦合系統(tǒng)，由全反鏡(1)、(2)和(4)，輸出鏡(3)組成的熱穩(wěn)定折疊諧振腔，以及放置在全反鏡(1)與(2)之間的激光介質(zhì)(5)和放置在輸出鏡(3)與全反鏡(4)之間的倍頻晶體(6)，特征是全反鏡(1)為平凸鏡；全反鏡(2)為平凹鏡或平平鏡；輸出鏡(3)、全反鏡(4)均為平凹鏡；平凸全反鏡(1)、全反鏡(4)相對振蕩光正入射放置，全反鏡(2)、輸出鏡(3)斜入射放置。本發(fā)明的熱穩(wěn)定腔有效地克服了大變化范圍內(nèi)的不同泵浦功率所產(chǎn)生的不同焦距的熱透鏡效應(yīng)、倍頻激光器的“綠光問題”，并且在腔內(nèi)不插入像散補償光學(xué)元件的情況下，能夠以較大折疊角實現(xiàn)像散補償，顯著提高了激光器的輸出功率及其穩(wěn)定性、光－光轉(zhuǎn)換效率和激光光束質(zhì)量等。
文檔編號H01S3/109GK1787303SQ200410060309
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者鄭義, 張玉萍, 姚建銓, 劉群, 梁蘭菊, 張會云 申請人:鄭州大學(xué)