專利名稱：高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光器，特別是一種高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)。
背景技術：
藍綠激光在水下通信、海洋探測中應用潛力大。為了降低太陽光背景，希望發(fā)射光源的波長能與銫(Cs)原子濾波器的波長455nm相對應，且具有較好的光束質量和較高的激光能量。在激光對水下目標通信以及差分吸收雷達中，不僅要求具有波長穩(wěn)定的高能量激光，而且要求激光光束發(fā)散角較小，激光光斑應盡可能均勻。
要獲得高效穩(wěn)定可靠的455nm激光輸出，其中一種比較方便的途徑是通過倍頻實現(xiàn)，這就需要有一種輸出為910nm波長的激光器。鈦寶石晶體具有優(yōu)良的物理與光學特性和最寬的激光范圍，可調諧范圍為700nm～1050nm，經非線性光學頻率變換后可以獲得最佳的藍綠激光輸出。
鈦寶石激光諧振腔一般采用直腔和環(huán)形腔，但是在直腔中由于存在空間燒空現(xiàn)象，嚴重影響了輸出光束質量。而一般所用的環(huán)形腔，由于不能進一步的提高泵浦光的吸收效率，導致輸出功率也比較低，滿足不了某些實際應用的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了提高藍綠激光輸出功率和光束質量，提供一種高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)應能夠消除空間燒孔現(xiàn)象，提高激光器的總體轉換效率，提高激光的輸出功率和光束質量，應具有結構緊湊、體積小、效率高、壽命長，工作穩(wěn)定等特點。
本發(fā)明的技術解決方案是
一種高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，包括激光泵浦系統(tǒng)、鈦寶石激光諧振腔和外腔種子光注入系統(tǒng)，其特點是所述的鈦寶石激光諧振腔是依次由一塊輸入輸出平面鏡、第一平面反射鏡、一塊凹面反射鏡和第二平面反射鏡組成的四鏡環(huán)形腔結構，在所述的凹面反射鏡的兩光臂上分別置放第一鈦寶石晶體和第二鈦寶石晶體，所述的激光泵浦系統(tǒng)由調Q的Nd:YAG激光器、倍頻器和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)組成，其輸出的532nm泵浦光分兩束分別從所述的第一鈦寶石晶體和第二鈦寶石晶體的端面注入；所述的外腔種子光注入系統(tǒng)包括波長為910nm的激光二極管，該激光二極管發(fā)出的910nm激光由所述的輸入輸出平面鏡注入。
所述的鈦寶石晶體中心軸線垂直于晶軸，兩通光端面以布儒斯特角切割，且兩通光表面的法線與晶軸處于同一平面內，泵浦光與鈦寶石晶體的通光表面的法線成61.2°夾角，振蕩光出射方向和鈦寶石晶體的通光面法線成60.4°，泵浦光經過望遠鏡系統(tǒng)整形后，對兩塊鈦寶石晶體進行雙端泵浦，確保泵浦光能量密度低于晶體的破壞閾值。
所述的激光泵浦系統(tǒng)由一套或兩套調Q的Nd:YAG激光器、倍頻器和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)組成。
選取了一定的腔長，在保證足夠的激光輸出功率的前提下，確保了輸出激光脈寬18ns，滿足使用要求。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、利用鈦寶石晶體的增益波導效應，設計了四鏡環(huán)形腔結構，可以獲得高效率的鈦寶石激光輸出。同時如果增加泵浦光的能量，只需保證光斑面積足夠大，不會超過晶體損壞閾值，就可以獲得更高功率的激光輸出。
2、在此環(huán)形腔中使用雙晶體，泵浦光分兩束端面泵浦晶體，可以有效提高激光器的輸出功率；鈦寶石晶體布儒斯特角切割獲得偏振光輸出；3、兩鈦寶石晶體關于凹鏡中軸對稱，分別放置于兩臂。泵浦光不通過第一平面反射鏡、一塊凹面反射鏡和第二平面反射鏡對晶體端面泵浦，泵浦端面基模半徑同等大小，提高了總體泵浦光吸收效率。
4、使用鈦寶石激光諧振腔輸出光束質量高，同時采用外腔種子光注入，可獲得窄線寬，窄脈寬，高光束質量的910nm激光，滿足實際應用的需要。


圖1為本發(fā)明高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)的總體框圖。
圖2為本發(fā)明中鈦寶石激光環(huán)形諧振腔的光路結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
先請參閱圖1和圖2，由圖1和圖2可以看出，本發(fā)明高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，包括激光泵浦系統(tǒng)、鈦寶石激光諧振腔IV和外腔種子光注入系統(tǒng)V，所述的鈦寶石激光諧振腔IV是依次由一塊輸入輸出平面鏡1、第一平面反射鏡2、一塊凹面反射鏡4和第二平面反射鏡3組成的四鏡環(huán)形腔結構，在所述的凹面反射鏡4的兩光臂上分別置放第一鈦寶石晶體5和第二鈦寶石晶體6，所述的激光泵浦系統(tǒng)由兩套調Q的Nd:YAG激光器I、倍頻器II和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)III組成，其輸出的532nm泵浦光分別從所述的第一鈦寶石晶體5和第二鈦寶石晶體6的端面注入；所述的外腔種子光注入系統(tǒng)V包括波長為910nm的激光二極管，該激光二極管發(fā)出的910nm激光由所述的輸入輸出平面鏡1注入。
所述的鈦寶石晶體中心軸線垂直于晶軸c，兩通光端面以布儒斯特角切割，且兩通光表面的法線與晶軸c處于同一平面內，泵浦光與鈦寶石晶體的通光表面的法線成61.2°夾角，振蕩光出射方向和鈦寶石晶體的通光面法線成60.4°，泵浦光經過望遠鏡系統(tǒng)整形后，對兩塊鈦寶石晶體進行雙端泵浦，確保泵浦光能量密度低于晶體的破壞閾值。
通過外腔種子注入系統(tǒng)V通過兩個45°平面全反鏡沿著激光諧振腔的一路激光輸出進行注入，可以獲得鈦寶石諧振腔的行波運轉，獲得窄線寬，高光束質量，高效的910nm激光輸出，控制輸出激光的線寬。
以下為此實例的具體實施參數(shù)泵浦用兩套調Q的Nd:YAG激光器輸出1064nm波長的單脈沖能量2000mJ，重復頻率10Hz，脈寬約8ns。使用KTP晶體倍頻，獲得532nm綠光脈沖能量1000mJ。兩塊規(guī)格為φ10×20mm的鈦寶石晶體，激光上能級壽命τ0＝3.2μs，晶體對泵浦光的吸收系數(shù)α＝1.0cm-1，量子效率90％，摻雜濃度N0＝3.33×1019cm-3。泵浦光通過泵浦耦合系統(tǒng)調整到適合的光斑尺寸后從兩鈦寶石晶體的端面泵浦。諧振腔采用四鏡環(huán)形腔，其中有一個平面全反鏡、一個全反凹鏡、兩個平面全反切割鏡組成，腔長1331mm。使用910nm單縱模的激光二極管作為種子光源進行外腔注入。根據(jù)四能級激光系統(tǒng)的速率方程分析計算，在能量為1000mJ的532nm綠光泵浦時，可以獲得此時諧振腔可以輸出240mJ，脈寬為18ns的910nm脈沖激光輸出，輸出鏡的最佳耦合輸出率為74.4％。
經試用表明，本發(fā)明具有結構緊湊、體積小、效率高、壽命長，工作穩(wěn)定等特點，可以用來倍頻產生455nm的激光，在空間技術、大氣污染檢測及軍事領域內有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，包括激光泵浦系統(tǒng)、鈦寶石激光諧振腔(IV)和外腔種子光注入系統(tǒng)(V)，其特征在于所述的鈦寶石激光諧振腔(IV)是依次由一塊輸入輸出平面鏡(1)、第一平面反射鏡(2)、一塊凹面反射鏡(4)和第二平面反射鏡(3)組成的四鏡環(huán)形腔結構，在所述的凹面反射鏡(4)的兩光臂上分別置放第一鈦寶石晶體(5)和第二鈦寶石晶體(6)，所述的激光泵浦系統(tǒng)由調Q的Nd:YAG激光器(I)、倍頻器(II)和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)(III)組成，其532nm泵浦光分別從所述的第一鈦寶石晶體(5)和第二鈦寶石晶體(6)的端面注入；所述的外腔種子光注入系統(tǒng)(V)包括波長為910nm的激光二極管，該激光二極管發(fā)出的910nm激光由所述的輸入輸出平面鏡(1)注入。
2.根據(jù)權利要求1所述的高功率窄線寬的全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，其特征在于所述的鈦寶石晶體中心軸線垂直于晶軸，兩通光端面以布儒斯特角切割，且兩通光表面的法線與晶軸處于同一平面內，泵浦光與鈦寶石晶體的通光表面的法線成61.2°夾角，振蕩光出射方向和鈦寶石晶體的通光面法線成60.4°，泵浦光經過望遠鏡系統(tǒng)整形后，對兩塊鈦寶石晶體進行雙端泵浦，確保泵浦光能量密度低于晶體的破壞閾值。
3.根據(jù)權利要求1所述的高功率窄線寬的全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，其特征在于所述的激光泵浦系統(tǒng)由一套或兩套調Q的Nd:YAG激光器(I)、倍頻器(II)和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)(III)組成，
全文摘要
一種高功率窄線寬全固態(tài)脈沖910nm激光系統(tǒng)，包括激光泵浦系統(tǒng)、鈦寶石激光諧振腔和外腔種子光注入系統(tǒng)，特點是所述的鈦寶石激光諧振腔是依次由一塊輸入輸出平面鏡、第一平面反射鏡、一塊凹面反射鏡和第二平面反射鏡組成的四鏡環(huán)形腔結構，在所述的凹面反射鏡的兩光臂上分別置放第一鈦寶石晶體和第二鈦寶石晶體，所述的激光泵浦系統(tǒng)由調Q的Nd:YAG激光器、倍頻器和泵浦光束整形及耦合系統(tǒng)組成，其輸出的532nm泵浦光分別從所述的第一鈦寶石晶體和第二鈦寶石晶體的端面注入；所述的外腔種子光注入系統(tǒng)包括波長為910nm的激光二極管，該激光二極管發(fā)出的910nm激光由所述的輸入輸出平面鏡注入。本發(fā)明具有結構緊湊、體積小、效率高、壽命長，工作穩(wěn)定的特點。
文檔編號H01S3/0941GK1964144SQ20061011885
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權日2006年11月29日
發(fā)明者馮永偉, 朱小磊, 戎善奎 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所