高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器

摘要

本发明公开了一种高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器，其包括有两组泵浦耦合聚焦系统及一个谐振腔，该两组泵浦耦合聚焦系统分别位于谐振腔的两端，泵浦耦合聚焦系统发出的泵浦光射入谐振腔内双端面泵浦谐振腔内的激光工作晶体。借由本发明的高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器，可以达到产生的绿激光光束质量好、且转换效率高的优点。

说明书

技术领域

本发明有关一种激光器，特别是指一种转换效率高、光束质量好的高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器。

背景技术

激光与普通光源相比具有方向性好、相干性好及亮度高的特点，因此激光广泛应用于现代工业、农业、医学、国防等各个领域。由于绿激光的波长小于红外激光，频率大于红外激光，因此，绿激光的聚焦光斑比红外激光的小，绿激光单个光子的能量大于红外激光单个光子的能量，与其它物质相互作用的时候绿激光的热影响区域小，又由于绿激光能被人眼直接观察到，因此，绿激光被广泛应用于材料的精细加工及激光演示中，绿激光器的研制成为激光领域的热点。目前用于产生绿光的激光器通常是在激光器的谐振腔内放置倍频晶体，经过倍频后产生绿光。但目前采用的谐振腔多为直线型腔，为了形成倍频振荡输出，需要在直腔内插入一个高反二次谐波镜片，但腔内插入元件会带来额外损耗，并且容易造成输出两束绿光的现象。目前绿激光器产生的绿激光往往存在脉冲宽度宽、脉冲拖尾严重、光束质量不佳等缺点，且现有技术中从红外基频光到倍频绿光的转换效率较低，不利于产业上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光束质量好、转换效率高且谐振腔为“U”形平-平腔的高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器。

为达到上述目的，本发明提供一种高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器，其包括有两组泵浦耦合聚焦系统及一个谐振腔，该两组泵浦耦合聚焦系统分别位于谐振腔的两端，泵浦耦合聚焦系统发出的泵浦光射入谐振腔内双端面泵浦谐振腔内的激光工作晶体。

泵浦耦合聚焦系统包括有泵浦光源、平凸准直镜、平面折反镜及平凸聚焦镜，泵浦光源位于平凸准直镜的焦点，平凸准直镜位于泵浦光源与平面折反镜之间，平凸准直镜的光轴与平面折反镜的镜面呈45°夹角，平凸聚焦镜的光轴与平面折反镜的镜面呈45°夹角，平凸准直镜的光轴与平凸聚焦镜的光轴垂直。

谐振腔为“U”形或“丌”形平-平腔，谐振腔包括有前端平面镜、后端平面镜、平面输出镜与平面斜反镜，前端平面镜与后端平面镜分别为谐振腔的前后腔镜，前端平面镜与平面输出镜组成谐振腔的左臂，前端平面镜与平面输出镜之间呈45°夹角，后端平面镜与平面斜反镜组成谐振腔的右臂，后端平面镜与平面斜反镜之间呈45°夹角，平面输出镜与平面斜反镜垂直；平面输出镜与平面斜反镜之间设有激光工作晶体，谐振腔左臂的前端平面镜与平面输出镜之间设有倍频晶体，谐振腔右臂的后端平面镜与平面斜反镜之间设有Q开关；平面输出镜位于激光工作晶体与其中一组泵浦耦合聚焦系统中的平凸聚焦镜之间，平面斜反镜位于激光工作晶体与另一组泵浦耦合聚焦系统的平凸聚焦镜之间，且两组泵浦耦合聚焦系统的平凸聚焦镜的焦点均位于激光工作晶体的中心处。

泵浦光源为光纤耦合半导体激光器，该光纤耦合半导体激光器的光纤接头位于平凸准直镜的焦点上。

激光工作晶体为掺钕钒酸钇晶体、掺钕钇铝石榴石晶体、掺钕氟化钇锂晶体晶体、掺钕钒酸钆晶体、掺镱钇铝石榴石晶体或掺铒钇铝石榴石晶体。

倍频晶体为三硼酸锂晶体、六硼酸锂铯晶体或偏硼酸钡晶体。

本发明中采用两组泵浦耦合聚焦系统共同进行双端面泵浦激光工作晶体，同现有技术相比，能获得更大功率的绿激光。本发明具有绿激光转换效率高、重复频率高且脉冲宽度窄等优点，同时本发明中的泵浦耦合聚焦系统可以做成模块，因此本发明可实现整机结构模块化，具有简单牢靠、环境适应性强及性能稳定的效果。

附图说明

图1为本发明高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器的光路结构示意图。

具体实施方式

现配合附图及具体实施例就本发明的结构特征及能达到的功效，作如下详细说明。

本发明高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器用于产生绿光，其包括有两组泵浦耦合聚焦系统1及一个谐振腔2，该两组泵浦耦合聚焦系统1分别位于谐振腔2的两端，且泵浦耦合聚焦系统1发出的泵浦光射入谐振腔2内双端面泵浦谐振腔2内的激光工作物质。该泵浦耦合聚焦系统1包括有泵浦光源10、平凸准直镜11、平面折反镜12及平凸聚焦镜13，其中平凸准直镜11与平凸聚焦镜13为透镜，泵浦光源10位于平凸准直镜11的焦点上，平凸准直镜11位于泵浦光源10与平面折反镜12之间，平凸准直镜11的光轴与平面折反镜12的镜面呈45°夹角，平凸聚焦镜13的光轴与平面折反镜12的镜面也呈45°夹角，且平凸准直镜11的光轴与平凸聚焦镜13的光轴垂直。本发明中的泵浦光源10为光纤耦合半导体激光器，其光纤接头位于平凸准直镜11的焦点上。

本发明中的谐振腔2采用“U”形或“丌”形平-平腔，其包括有前端平面镜20、后端平面镜21、平面输出镜22与平面斜反镜23，构成法布里珀罗谐振腔，前端平面镜20与后端平面镜21分别为谐振腔2的前后腔镜，前端平面镜20与平面输出镜22组成谐振腔2的左臂，且前端平面镜20与平面输出镜22之间呈45°夹角，后端平面镜21与平面斜反镜23组成谐振腔2的右臂，且后端平面镜21与平面斜反镜23之间呈45°夹角，平面输出镜22与平面斜反镜23垂直。前端平面镜20与后端平面镜21为腔体前后的全反射镜，前端平面镜20镀有对基频光和二次谐波光全反射的膜层，后端平面镜21镀有对基频光全反射的膜层，平面输出镜22镀有对基频光高反射、对二次谐波光高透射及对泵浦光高透射的膜层，平面斜反镜23镀有对基频光高反射、对泵浦光高透射的膜层。平面输出镜22与平面斜反镜23之间设有激光工作晶体24，谐振腔2左臂的前端平面镜20与平面输出镜22之间设有倍频晶体25，谐振腔2右臂的后端平面镜21与平面斜反镜23之间设有Q开关26。平面输出镜22位于其中一组泵浦耦合聚焦系统1中的平凸聚焦镜13与激光工作晶体24之间，平面斜反镜23位于另一组泵浦耦合聚焦系统1的平凸聚焦镜13与激光工作晶体24之间，且两组泵浦耦合聚焦系统1的平凸聚焦镜13的焦点均位于激光工作晶体24的中心处。

由于光纤耦合半导体激光器的光纤接头位于平凸准直镜11的焦点上，光纤耦合半导体激光器发出的发散的泵浦光经过平凸准直镜11后被准直为平行光，经过平面折反镜12反射后平行进入平凸聚焦镜13，两组泵浦耦合聚焦系统1的泵浦光分别透过平面输出镜22与平面斜反镜23从激光工作晶体24的两个端面入射并聚焦在激光工作晶体24的中心处，双端面泵浦激光工作晶体24，并产生波长为1064nm的红外基频光，通过Q开关26调Q，实现高重复频率窄脉宽的1064nm红外基频光振荡。通过平面输出镜22与平面斜反镜23及后端平面镜21的反射，基频光第一次通过倍频晶体25，一部分基频光经过倍频作用转换成波长为532nm的绿激光，通过倍频晶体25的绿激光和剩余未发生倍频的基频光被前端平面镜20反射回倍频晶体25，再次进行二次谐波转换，之后二次谐波光，即绿激光透过平面输出镜22全部输出，并把双程倍频后剩余的未发生倍频的基频光反射回激光工作晶体24中，继续进行受激辐射放大。

本发明中的激光工作晶体24采用对泵浦光有较高的吸收系数和较大的受激发射截面的掺钕钒酸钇(Nd:YVO₄)晶体，其掺杂浓度小于0.5at％；本发明中的激光工作晶体24还可以采用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体、掺钕氟化钇锂(Nd:YLF)晶体、掺钕钒酸钆(Nd:GdVO₄)晶体、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)晶体或掺铒钇铝石榴石(Er:YAG)晶体。本发明的倍频晶体25采用临界相位匹配的三硼酸锂(LBO)晶体，工作温度为室温，其相位匹配角为90°，方位角为11.4°；本发明的倍频晶体25还可采用六硼酸锂铯(CLBO)或偏硼酸钡(BBO)等非线性晶体。本发明的泵浦光源10(即光纤耦合半导体激光器)、激光工作晶体24、Q开关26及倍频晶体25均采用高控温精度水冷循环系统进行制冷，控温精度为±0.1℃，水循环系统为全封闭式回路。

由于本发明中采用两组泵浦耦合聚焦系统共同进行双端面泵浦激光工作晶体，同现有技术相比，能获得更大功率的绿激光。本发明具有转换效率高、重复频率高且脉冲宽度窄等优点，同时本发明中的泵浦耦合聚焦系统可以做成模块，因此本发明整机结构简单牢靠，环境适应性强，性能稳定。适用于先进工业加工中的精密加工领域。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。