專利名稱：一種雙腔互聯(lián)v型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦的200W級(jí)一種 雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)60年代世界上第一臺(tái)紅寶石激光器誕生以來，隨著各種晶體材 料及激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類激光器的發(fā)展也極為迅速，特別是高功率全固 態(tài)激光器的發(fā)展尤為令人矚目，以其輸出能量大、峰值功率高、比C02氣體激 光器波長短、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)而在激光材料加工、光存儲(chǔ)、激光 全色顯示、激光醫(yī)學(xué)、科研、通訊、國防、娛樂等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前， 多棒串接技術(shù)是提高全固態(tài)激光器輸出功率的主要方法，但該類激光器有幾方 面重要的缺陷，嚴(yán)重影響了激光輸出功率的提高。 一方面，多棒進(jìn)行串接，使 諧振腔的腔長明顯增大，易使腔失諧，同時(shí)基頻光要在多個(gè)棒中間來回振蕩， 增大了損耗，且腔內(nèi)光子數(shù)密度過高，極易導(dǎo)致激光棒的損傷；另一方面，采 用多棒串接技術(shù)，熱致雙折射效應(yīng)和熱透鏡效應(yīng)均非常嚴(yán)重，限制了泵浦源電 流的提高，同時(shí)也使整個(gè)腔型變得不匹配，從而限制了輸出功率的進(jìn)一歩提高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、光一光轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)成本 低、調(diào)節(jié)方便，高功率半導(dǎo)體側(cè)面泵浦的雙光束重疊混合腔型準(zhǔn)連續(xù)綠光激光 的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器。本發(fā)明為了克服了雙棒串接時(shí)腔長過長、腔內(nèi)光子數(shù)密度過高、熱透鏡效應(yīng)和熱致雙折射明顯變大的缺陷，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的 一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，包括平凹全反鏡，其特殊之處 在于兩個(gè)激光晶體棒分別置于兩部分光路中，其中一部分光路的光學(xué)部^H衣次 是由平凹全反鏡、聲光調(diào)Q晶體、激光晶體及激光晶體兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦 組件和平面折疊綠光輸出鏡與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹V型諧振腔，另一部分光 路的光學(xué)部件依次由平面折疊鏡引出水平方向依次置有倍頻晶體，全反平面 鏡，倍頻晶體，二次諧波鏡，激光晶體及激光晶體兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦組件，聲光調(diào)Q晶體，全反平面鏡與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹直腔，平-凹直腔與平-凹 V型諧振腔互聯(lián)構(gòu)成V型平-凹直腔。兩激光晶體棒吸收泵浦源提供的能量后，產(chǎn)生受激熒光輻射，輻射的熒光 在諧振腔內(nèi)振蕩放大后形成穩(wěn)定的基頻光。在V型諧振腔中，基頻光由平凹全 反射端鏡經(jīng)聲光調(diào)Q晶體、激光晶體入射到平面折疊鏡上，平面折疊鏡將其引 向倍頻晶體，通過倍頻晶體后，產(chǎn)生的倍頻光經(jīng)過平面輸出鏡和另一倍頻晶體 后被二次諧波鏡反射，沿原路返回由平面折疊鏡輸出，而之前通過倍頻晶體后 剩余的基頻光被平面輸出鏡反射回來，再次通過倍頻晶體產(chǎn)生倍頻光，也由平 面折疊鏡輸出。在平-凹直腔中，基頻光由平凹全反射端鏡，經(jīng)聲光調(diào)Q晶體、 激光晶體、二次諧波鏡和倍頻晶體，產(chǎn)生倍頻光后到達(dá)平面輸出鏡，被平面輸 出鏡反射回來的剩余基頻光再次通過倍頻晶體產(chǎn)生倍頻光，兩次產(chǎn)生的倍頻光 經(jīng)過諧波鏡反射后再由平面輸出鏡、倍頻晶體后， 一同由平面折疊鏡引出腔外。所述兩個(gè)激光晶體兩側(cè)面等間距放置半導(dǎo)體器件構(gòu)成大功率半導(dǎo)體泵浦 組件形成側(cè)面泵浦，且泵浦組件型號(hào)相同。所述兩個(gè)激光晶體采用同一種工作物質(zhì)，具有相同的幾何尺寸和摻雜濃 度，各通光面均鍍有基頻光增透膜并采用循環(huán)水冷卻。所述兩個(gè)聲光調(diào)Q晶體分別放置于激光晶體的一側(cè)，且受同一驅(qū)動(dòng)源控制。所述平凹全反鏡、平面折疊綠光輸出鏡、平凹全反鏡、二次諧波鏡及平面輸出鏡均安裝在二維調(diào)整架上，平凹全反鏡和平面折疊鏡之間的光路與激光晶 體輻射的熒光光軸方向共線，而由平面折疊綠光輸出鏡引出的另一光路上的各 鏡面法線方向與激光晶體輻射的熒光光軸方向共線，且兩激光晶體的光軸方向夾角為20。 90。之間。所述兩激光晶體分別置于兩相對(duì)獨(dú)立的基頻光振蕩光路中，激光晶體置于由平凹全反鏡、平面折疊綠光輸出鏡及平面輸出鏡構(gòu)成平-凹V型諧振腔，而 激光晶體置于由平凹全反鏡和平面輸出鏡構(gòu)成平-凹直腔，兩腔互聯(lián)構(gòu)成V型 平-凹直腔。所述倍頻晶體均用銦箔包裹側(cè)面后放入水冷散熱銅塊中，分別置于激光晶 體所在的平-凹V型諧振腔和激光晶體所在的平-凹直腔，兩腔互聯(lián)構(gòu)成V型平 -凹直腔。所述二次諧波鏡為融熔石英平面鏡，置于平-凹直腔中的激光晶體和倍頻 晶體之間。所述平面輸出鏡的兩面均鍍有1064nm高反和532nm高透雙色膜。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)為1) .將兩個(gè)激光晶體棒分別置于兩部分光路中，解決了采用雙棒串接時(shí)熱透 鏡效應(yīng)和熱致雙折射效應(yīng)嚴(yán)重的難題，并降低了雙棒串接在同一腔內(nèi)，光子數(shù) 密度過高而易使激光晶體損傷的風(fēng)險(xiǎn)，該設(shè)計(jì)尤其有利于對(duì)激光棒較細(xì)，熱透 鏡效應(yīng)十分明顯的情形。2) .整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是由一個(gè)平-凹V型諧振腔和一個(gè)平-凹直腔組合構(gòu)成，產(chǎn) 生兩束倍頻光，由平面折疊鏡單向重疊輸出，提高了輸出功率。3) .采用具有相同型號(hào)的半導(dǎo)體激光器作為泵浦源進(jìn)行側(cè)面泵浦，其發(fā)射譜 線可以和激活介質(zhì)的吸收譜線很好地吻合，在很大程度上提高了泵浦效率，減 小了熱損耗。4) .采用兩個(gè)聲光調(diào)Q晶體(可由同一電源控制，也可單獨(dú)各自控制)，分別放置于兩個(gè)激光晶體棒的一端，可以有效地對(duì)兩激光晶體棒所在兩諧振腔的 Q值進(jìn)行調(diào)節(jié)。5) .兩倍頻晶體均采用角度匹配方式，分別放置于兩諧振腔中進(jìn)行倍頻，并 且，由于采用較細(xì)的激光晶體，使得腔內(nèi)光斑面積膠小，功率密度較大而使倍 頻效率得以提高，有利于高功率激光的輸出。6) .放置于兩倍頻晶體之間的平面綠光輸出鏡，兩面均鍍有對(duì)1064nm全反 和532nm高透的雙色膜，使此輸出鏡的兩面分別作為平-凹V型諧振腔和平-凹直腔的腔鏡，盡可能地縮短兩腔腔長，減少基頻光以及倍頻光在輸出鏡中的 損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的突出創(chuàng)新點(diǎn)1) .盡管采用了基頻光的雙腔獨(dú)立結(jié)構(gòu)，但是腔內(nèi)的倍頻光通過綠光輸出 鏡和諧波反射鏡聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)了單向重疊輸出，尤其是輸出鏡采用了雙面均鍍 532nm高透，1064nm全反的鍍膜，既使其成為兩個(gè)基頻諧振腔的端鏡，又使 其兩個(gè)腔內(nèi)倍頻的綠光在輸出鏡與諧波鏡之間的晶體內(nèi)穿梭重疊由輸出鏡一 并輸出，均在兩個(gè)腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了二次倍頻。使得該兩個(gè)腔內(nèi)倍頻激光器的輸出合 二為一。2) .本發(fā)明所設(shè)計(jì)的激光器件系統(tǒng)中不需要加入任何熱透鏡補(bǔ)償元件和熱 致雙折射元件，每個(gè)子腔中的LD側(cè)面泵浦Nd:YAG晶體棒所輻射的1064nm 基頻光獨(dú)立振蕩，互不干擾，與傳統(tǒng)的雙棒或多棒串接腔相比避，免了多個(gè) Nd:YAG晶體棒共同放置于一個(gè)腔內(nèi)而導(dǎo)致的強(qiáng)烈熱透鏡效應(yīng)，以及需要熱致 雙折射補(bǔ)償元件，這樣既使諧振腔及整機(jī)結(jié)構(gòu)變的簡單易行，又避免了腔內(nèi)光 子束過高而造成的對(duì)激光棒的損傷，可以實(shí)現(xiàn)大功率(200W級(jí))的激光輸出。 因此，該激光器在設(shè)計(jì)上這些突出的特點(diǎn)和創(chuàng)新性使其具有輸出功率高、光束 質(zhì)量好、倍頻效率高、結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)，可使其成為應(yīng)用性極強(qiáng)的 高功率激光器，廣泛用于激光材料加工、光存儲(chǔ)、激光全色顯示、激光醫(yī)學(xué)、科研、通訊、國防、娛樂等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本發(fā)明的實(shí)施例。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明參見附圖l所示，包括平凹全反鏡l、3，其兩個(gè)激光晶體棒分別置于 兩部分光路中，其中一部分光路的光學(xué)部件依次是由平凹全反鏡1、聲光調(diào)Q晶體6、激光晶體7及激光晶體7兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦組件12和平面折疊綠 光輸出鏡2與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹V型諧振腔，另一部分光路的光學(xué)部件由 平面折疊鏡2引出水平方向依次置有倍頻晶體8，全反平面鏡5，倍頻晶體ll， 二次諧波鏡4，激光晶體IO及激光晶體10兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦組件13，聲 光調(diào)Q晶體9，全反平面鏡3與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹直腔，平-凹直腔與平-凹V型諧振腔互聯(lián)構(gòu)成V型平-凹直腔。其中泵浦源12、 13為型號(hào)相同的半導(dǎo)體激光器泵浦組件，分別在激光晶 體7、 IO兩側(cè)面等間距放置。激光晶體7、 10采用Nd"參雜濃度均為0.6at。/o的 Nd:YAG晶體，尺寸均為04.0x90mm，各個(gè)晶體端面嚴(yán)格平行，四個(gè)通光面均 鍍有1064nm的增透膜。倍頻晶體8、 11采用II類臨界(角度)相位匹配的KTP 晶體，通光長度為7mm，各通光面均鍍有1064nm和532nm的雙色增透膜， 側(cè)面用銦箔包裹后放入水冷散熱銅塊中，分別置于激光晶體7所在的V型諧振 腔和激光晶體IO所在的平一凹直腔中。兩激光晶體和兩倍頻晶體均采用恒溫 (恒溫溫度22'C)循環(huán)水冷卻，以增大晶體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，降低其熱透鏡效應(yīng)。 聲光調(diào)Q晶體6、 9采用同一驅(qū)動(dòng)源控制，分別對(duì)兩諧振腔進(jìn)行調(diào)Q，調(diào)制頻 率在l-50kHz可調(diào)。構(gòu)成兩諧振腔的平凹全反鏡1、 3面向激光晶體的凹面鍍有1064nm和532nm雙色全反膜(反射率均大于99.9%)，另一面不鍍膜；平面折疊鏡2面 向激光晶體7的一面鍍有對(duì)1064nm高反(反射率大于99.5%)和532nm高透 (透過率大于99.5%)的雙色膜，另一面鍍有532nm增透膜(透過率大于 99.9%);二次諧波鏡4融熔石英的平面鏡，面向激光晶體10的一面鍍有1064nm 增透膜(透過率大于99.9°/。)，面向倍頻晶體11的一面鍍有1064nm高透膜(透 過率大于99.5%)和532nm高反膜(反射率大于99.5%);平面輸出鏡(5)的兩 面均鍍有對(duì)1064nm高反(反射率大于99.5%)和532nm高透(透過率大于 99.5%)的雙色膜。工作過程大功率半導(dǎo)體泵浦組件12、 13出射的光均勻泵浦兩激光晶體7、 10的側(cè)面，激光晶體吸收泵浦光能量后產(chǎn)生受激熒光輻射，受激輻射的光在兩 諧振腔內(nèi)來回振蕩放大后形成穩(wěn)定的基頻光，在V型諧振腔中，基頻光由平凹 全反射端鏡1經(jīng)聲光調(diào)Q晶體6、激光晶體7入射到平面折疊鏡2上，平面折 疊鏡2將其引向倍頻晶體8，通過倍頻晶體8后，產(chǎn)生的倍頻光經(jīng)平面輸出鏡 5和另一倍頻晶體11后被二次諧波鏡4反射，沿原路返回由平面折疊鏡2輸出， 而之前通過倍頻晶體8后剩余的基頻光被平面輸出鏡5反射回來，再次通過倍 頻晶體8產(chǎn)生倍頻光，也由平面折疊鏡2輸出。在平-凹直腔中，基頻光由平 凹全反射端鏡3，經(jīng)聲光調(diào)Q晶體9、激光晶體IO、 二次諧波鏡4和倍頻晶體 11，產(chǎn)生倍頻光后到達(dá)平面輸出鏡5，被平面輸出鏡5反射回來的剩余基頻光 再次通過倍頻晶體11產(chǎn)生倍頻光，二次產(chǎn)生的倍頻光經(jīng)諧波鏡4返回再經(jīng)過 平面輸出鏡5、倍頻晶體8后， 一同由平面折疊鏡2引出腔外，最終獲得平均 功率高達(dá)206W的綠光輸出。
權(quán)利要求
1、一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，包括平凹全反鏡(1、3)，其特征在于兩個(gè)激光晶體棒分別置于兩部分光路中，其中一部分光路的光學(xué)部件依次是由平凹全反鏡(1)、聲光調(diào)Q晶體(6)、激光晶體(7)及激光晶體(7)兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦組件(12)和平面折疊綠光輸出鏡(2)與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹V型諧振腔，另一部分光路的光學(xué)部件由平面折疊鏡(2)引出水平方向依次置有倍頻晶體(8)，全反平面鏡(5)，倍頻晶體(11)，二次諧波鏡(4)，激光晶體(10)及激光晶體(10)兩側(cè)大功率半導(dǎo)體泵浦組件(13)，聲光調(diào)Q晶體(9)，全反平面鏡(3)與調(diào)整架連接構(gòu)成平-凹直腔，平-凹直腔與平-凹V型諧振腔互聯(lián)構(gòu)成V型平-凹直腔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述兩個(gè)激光晶體(7、 IO)兩側(cè)面等間距放置半導(dǎo)體器件 構(gòu)成大功率半導(dǎo)體泵浦組件(12、 13)形成側(cè)面泵浦，且泵浦組件型號(hào)相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述兩個(gè)激光晶體(7、 IO)采用同一種工作物質(zhì)，具有相 同的幾何尺寸和摻雜濃度，各通光面均鍍有基頻光增透膜并采用循環(huán)水冷卻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述兩個(gè)聲光調(diào)Q晶體(6、 9)分別放置于激光晶體(7、 IO)的一側(cè)，且受同一驅(qū)動(dòng)源控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述平凹全反鏡(l)、平面折疊綠光輸出鏡(2)、平凹全 反鏡(3)、 二次諧波鏡(4)及平面輸出鏡(5)均安裝在二維調(diào)整架上，平凹全反鏡 (1)和平面折疊鏡(2)之間的光路與激光晶體(7)輻射的熒光光軸方向共線，而由 平面折疊綠光輸出鏡(2)引出的另一光路上的各鏡面法線方向與激光晶體(10) 輻射的熒光光軸方向共線，且兩激光晶體(7、 10)的光軸方向夾角為20。 90。之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述兩激光晶體(7、 IO)分別置于兩相對(duì)獨(dú)立的基頻光 振蕩光路中，激光晶體(7虔于由平凹全反鏡(i)、平面折疊綠光輸出鏡(2)及平 面輸出鏡(5)構(gòu)成平-凹V型諧振腔，而激光晶體(10)置于由平凹全反鏡(3)和平 面輸出鏡(5)構(gòu)成平-凹直腔，兩腔互聯(lián)構(gòu)成V型平-凹直腔。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述倍頻晶體(8、 ll)均用銦箔包裹側(cè)面后放入水冷散熱 銅塊中，分別置于激光晶體(7)所在的平-凹V型諧振腔和激光晶體(10)所在的 平-凹直腔，兩腔互聯(lián)構(gòu)成V型平-凹直腔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述二次諧波鏡(4)為融熔石英平面鏡，置于平-凹直腔 中的激光晶體(10)和倍頻晶體(11)之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠 光激光器，其特征在于所述平面輸出鏡(5)的兩面均鍍有1064nm高反和532nm 高透雙色膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙腔互聯(lián)V型結(jié)構(gòu)單向重疊輸出準(zhǔn)連續(xù)綠光激光器，采用型號(hào)相同的兩個(gè)半導(dǎo)體激光器泵浦組件分別側(cè)面泵浦兩個(gè)Nd:YAG晶體(半導(dǎo)體激光泵浦的Nd:YAG模塊)，兩模塊分別置于一個(gè)平凹V型諧振腔和一個(gè)平-凹直腔內(nèi)，形成兩束穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的1064nm基頻光，經(jīng)過聲光Q開關(guān)和倍頻晶體后，產(chǎn)生兩束倍頻光，均到達(dá)平面折疊鏡，最終由平面折疊鏡單向重疊輸出，獲得了平均功率高達(dá)206W的532nm綠光，激光器性能穩(wěn)定，倍頻效率高，廣泛用于激光材料加工、光存儲(chǔ)、激光全色顯示、激光醫(yī)學(xué)、科研、通訊、國防、娛樂等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/08GK101257182SQ20081001759
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者任兆玉, 白晉濤 申請(qǐng)人:西北大學(xué)