一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器

摘要

本发明公开了一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器，其特征在于：包括LD侧泵模块、Z型谐振腔、OPO频率变换腔及二向色镜，所述LD侧泵模块用于射出1064nm激光；所述LD侧泵模块设置于所述Z型谐振空腔内，用于将LD侧泵模块射出的1064nm激光转换为532nm激光射出；所述OPO频率变换腔包括依次设置的第三平面全反镜、OPO晶体及第四平面全反镜，所述第三平面全反镜将所述45度偏振片射出的1064nm激光反射至所述OPO晶体内，并转换为1570nm激光射出，经所述第四平面反射镜射出；所述二向色镜将所述Z型谐振腔转换的532nm激光射出，并将所述OPO频率变换腔转换的1570nm激光反射，使532nm激光与1570nm激光共孔径输出。本发明实现了双波长激光共孔径输出，提高安装及维护的便利性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光应用领域，尤其涉及一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器。

背景技术

随着光电对抗系统研制的需求日盛，作为其重要组成部分，绿光激光器和激光测距机是的研制也逐渐得到重视。

绿光激光器通常是采用激光二极管泵浦Nd:YAG晶体实现1064nm激光后，再经过倍频晶体倍频输出532nm激光，而脉冲激光是利用电光调Q技术实现。激光测距机中常用的人眼安全激光通常指的是1.5μm波长附近的激光，可采用铒玻璃直接输出1535nm激光，也可利用非线性光学参量振荡技术实现1570nm激光输出。

通常绿光激光器与激光测距机是作为单独的两个子系统配备在光电对抗系统中，激光输出也是通过不同的光学系统分别准直输出。这是目前最为常见的设计方式，从整机结构布局上，增加了设备空间，从光学角度分析，由于两个独立的光源输出，是通过两个不同的光学系统，这就需要严格校准两个不同孔径的光轴，确保其光轴处于同轴，才可对目标进行有效的跟踪和打击，这对光学同轴校准提出了高要求，需要设计特定的工装，并且经过一系列复杂高精度要求的装调工艺的控制，才可能保证光轴一致性。

上述不同孔径的激光输出，造成整机调试难度增加，并且在长期使用后，不同孔径光学系统的光轴一致性需要得到反复的校准才能保证整个系统的正常有效工作，对于前期装调和后期使用维护上存在一定的难度。

发明内容

本发明目的是提供一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器，通过使用该结构，既能够减小激光器的体积，又能够实现两种不同波长激光的同光轴输出，便于设备的维修及调试。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器，包括LD侧泵模块、Z型谐振腔、OPO频率变换腔及二向色镜，

所述LD侧泵模块用于射出1064nm激光；

所述Z型谐振腔包括依次设置的第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜，所述第一平面全反镜与所述平凹全反镜之间设有布儒斯特偏振镜；所述输出镜与所述第二平面全反镜之间依次设有45°偏振片及倍频晶体，所述输出镜与所述45°偏振片之间设有第一电光调Q开关，

所述LD侧泵模块设置于所述第一平面全反镜与所述布儒斯特偏振镜之间，所述Z型谐振空腔用于将LD侧泵模块射出的1064nm激光转换为532nm激光，并经所述输出镜射出；

所述OPO频率变换腔包括依次设置的第三平面全反镜、OPO晶体及第四平面全反镜，所述第三平面全反镜将所述45度偏振片射出的1064nm激光反射至所述OPO晶体内，并转换为1570nm激光射出，经所述第四平面反射镜射出；

所述二向色镜将所述Z型谐振腔转换的532nm激光射出，并将所述OPO频率变换腔转换的1570nm激光反射，使532nm激光与1570nm激光共孔径输出。

上述技术方案中，所述第一电光调Q开关不通电状态下，所述Z型谐振腔内的1064nm激光径所述45°偏振片进入所述倍频晶体倍频至532nm激光，并经所述输出镜射出；所述第一电光调Q开关通电状态下，所述Z型谐振空腔内内的1064nm激光经所述45°偏振片射入至所述OPO频率变换腔内转换为1570nm激光射出。

上述技术方案中，所述OPO晶体为二类相位匹配的KTP晶体，所述OPO晶体的入射面镀1064nm增透膜及1570nm全反膜，所述OPO晶体的输出面镀1064nm全反膜和1570nm分光膜。

上述技术方案中，所述二向色镜上镀有532nm增透膜及1570nm高反膜，所述第四平面反射镜反射出的1570nm激光，射在所述二向色镜的输出面上，经所述二向色镜反射，所述输出镜射出的532nm激光，射在所述二向色镜的入射面上，经所述二向色镜射出，并与所述1570nm激光共孔径输出。

上述技术方案中，所述第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜上均镀有1064nm高反膜，所述第二平面全反镜上还镀有532nm全反膜，所述倍频晶体将1064nm激光倍频输出532nm激光，所述输出镜上镀有532nm增透膜，所述输出镜将532nm激光透过，将1064nm激光反射。

上述技术方案中，所述Z型谐振腔内还设有λ/4波片及第二电光调Q开关，所述λ/4波片及第二电光调Q开关依次设置于所述布儒斯特偏振镜与所述平凹全反镜之间。

上述技术方案中，所述OPO频率变换腔内设有λ/4波片及第二电光调Q开关，所述λ/4波片及第二电光调Q开关依次设置于所述45°偏振片与所述第三平面全反镜之间。

上述技术方案中，所述第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜构成四镜折叠腔，折叠角的夹角小于10°。

上述技术方案中，所述LD侧泵模块内设有激光器增益介质Nd：YAG晶体及808nm激光泵浦源。

上述技术方案中，所述平凹全反镜及所述输出镜分别设置于所述Z型谐振腔的拐角处。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明中实现了532nm激光和1570nm激光的自由切换，并且经同一组二向色镜输出，能够实现同一激光器双波长激光共孔径的输出，保证两种不同波长激光同轴的光轴一致性，既减小激光器的体积，又便于激光器的安装及调试；

2.本发明中既能够适用于脉冲绿光激光器，也能够适用于连续绿光激光器，适用范围更广；

3.本发明中两种不同波长的激光采用同一套电光调Q开关，简化了整机机构，降低研发成本；

4.本发明中激光器的主体激光为532nm激光，通过优化谐振腔设计，采用Z型四镜折叠腔，缩小了激光器的尺寸的同时，其中1块折叠镜作为内腔倍频激光输出镜，在电光调Q方式下保持较高光光转化效率和倍频效率，实现了高光束质量的532nm连续激光输出。

附图说明

图1是本发明实施例一中的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的结构示意图。

其中：1、LD侧泵模块；2、Z型谐振腔；3、OPO频率变换腔；4、二向色镜；5、第一平面全反镜；6、平凹全反镜；7、输出镜；8、第二平面全反镜；9、布儒斯特偏振镜；10、45°偏振片；11、倍频晶体；12、第一电光调Q开关；13、第三平面全反镜；14、OPO晶体；15、第四平面全反镜；16、λ/4波片；17、第二电光调Q开关。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器，包括LD侧泵模块1、Z型谐振腔2、OPO频率变换腔3及二向色镜4，

所述LD侧泵模块用于射出1064nm激光；

所述Z型谐振腔包括依次设置的第一平面全反镜5、平凹全反镜6、输出镜7及第二平面全反镜8，所述第一平面全反镜与所述平凹全反镜之间设有布儒斯特偏振镜9；所述输出镜与所述第二平面全反镜之间依次设有45°偏振片10及倍频晶体11，所述输出镜与所述45°偏振片之间设有第一电光调Q开关12，

所述LD侧泵模块设置于所述第一平面全反镜与所述布儒斯特偏振镜之间，所述Z型谐振空腔用于将LD侧泵模块射出的1064nm激光转换为532nm激光，并经所述输出镜射出；

所述OPO频率变换腔包括依次设置的第三平面全反镜13、OPO晶体14及第四平面全反镜15，所述第三平面全反镜将所述45度偏振片射出的1064nm激光反射至所述OPO晶体内，并转换为1570nm激光射出，经所述第四平面反射镜射出；

所述二向色镜将所述Z型谐振腔转换的532nm激光射出，并将所述OPO频率变换腔转换的1570nm激光反射，使532nm激光与1570nm激光共孔径输出。

其中，所述第一电光调Q开关不通电状态下，所述Z型谐振腔内的1064nm激光径所述45°偏振片进入所述倍频晶体倍频至532nm激光，并经所述输出镜射出；所述第一电光调Q开关通电状态下，所述Z型谐振空腔内内的1064nm激光经所述45°偏振片射入至所述OPO频率变换腔内转换为1570nm激光射出。

参见图1所示，所述第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜构成四镜折叠腔，折叠角的夹角小于10°。所述平凹全反镜及所述输出镜分别设置于所述Z型谐振腔的拐角处。这样能够缩小激光器长度方向的尺寸。

在本实施例中，在实际使用时，先实现532nm激光转换的时候，LD侧泵模块射出1064nm激光，射出在Z型谐振空腔内构成Z型光路，光路走向依次经过第一平面全反镜、布儒斯特偏振镜、平凹全反镜、输出镜、第一光电调Q开关、45°偏振片、倍频晶体及第二平面全返镜，在这个光路的过程中，输出镜会将1064nm激光全反射，无法通过，1064nm激光会经过倍频晶体实现频率转换，将其转换为532nm激光，再经过第二平面全反镜反射到输出镜上面，输出镜会将532nm激光射出到二向色镜上面，经过二向色镜射出，在实现1064nm激光转换为532nm激光转换过程中，第一光电调Q开关未通电，也就是暂时不起作用，当第一光电调Q开关通电的时候，会利用光电效应，改变Z型谐振腔内光线，使得光路在经过45°偏振片的时候，直接将1064nm激光反射到OPO频率变换腔内，经过OPO晶体将1064nm激光转换为1570nm激光，并且直接反射到二向色镜上面经过二向色镜将1570nm激光反射出去，使得在激光器使用的时候，第一光电调Q开关通电及断电，即可实现532nm激光与1570nm激光切换，而且采用同一组二向色镜将两种不同波长的激光射出或反射，使得两种不同波长的激光共孔径输出，光轴的同轴度高。

在本发明中，激光器具有脉冲激光器及连续激光器，而两种激光器的原理有所区别。

在实施例中，采用脉冲激光器，当采用脉冲绿光输出，也就是实现532nm脉冲绿光输出，为实现脉冲绿光输出，参见图1所示，所述Z型谐振腔内还设有λ/4波片16及第二电光调Q开关17，所述λ/4波片及第二电光调Q开关依次设置于所述布儒斯特偏振镜与所述平凹全反镜之间。

为实现脉冲激光输出，在实际使用时，LD侧泵模块射出1064nm激光到Z型谐振腔内振荡，激光射在布儒斯特偏振镜上，同时部分激光也会经过第一全反镜反射到布儒斯特偏振镜上面，振荡而成的激光会经过布儒斯特偏振镜后产生P分量线偏光，会往返经过两次λ/4波片，变为S分量，这样就能够阻止光线在Z型谐振腔内振荡，形成低Q值状态，其中，第二光电调Q开关会通电加载λ/4波电压，S分量往返经过第二光电调Q开关，旋转λ/4波片至入射角度45°，可实现腔内P分量线偏光的振荡。其中，Z型谐振腔内不断振荡的1064nm激光会经过倍频晶体实现频率的转换，将其转换为532nm激光，并经过输出镜射出到二向色镜上面，经过二向色镜输出532nm的脉冲绿光输出。上述为实现532nm脉冲绿光输出，在实现532nm脉冲绿光输出的时候，第一光电调Q开关未通电，也就是不起到光电效应，这样内部的1064nm激光能够顺利的经过45°偏振片进入至倍频进行进行频率转换。当需要实现1570nm激光输出的时候，第一光电调Q开关通电，加载λ/2波电压，Z型谐振腔内P分量线偏光经过第一光电调Q开关之后，利用光电效应，可转变为S分量，其中，P分量线偏光能够顺利的通过45°偏振片，S分量线偏光无法通过45°偏振片，会被45°偏振片反射。从而使得S分量线偏光经过45°偏振片输出到OPO频率变换腔内，先射在第三平面全反镜上面，第三平面全反镜将1064nm激光反射到OPO晶体内，利用OPO晶体将1064nm激光转换为1570nm激光射出到第四平面全反镜上，再经过第四平面全反镜反射到二向色镜上面，经过二向色镜反射输出，使得1570nm激光输出的时候，与532nm激光共孔径输出，使得1570nm激光与532nm激光的光轴的同轴度一致。

因此，在本实施例中，只需要控制第一光电调Q开关的是否通电，即可实现532nm激光与1570nm激光的自由切换输出，而且为共孔径输出，保证了高度同轴的光轴一致性，而且两种波长脉冲激光器采用同一组光电调Q开关，简化了整机结构，降低激光器的研制成本。

其中，所述OPO晶体为二类相位匹配的KTP晶体，所述OPO晶体的入射面镀1064nm增透膜及1570nm全反膜，所述OPO晶体的输出面镀1064nm全反膜和1570nm分光膜。这样在第三全反镜将1064nm激光射入OPO晶体的时候，入射面会将1064nm激光增透进入至OPO晶体内，进行转换，将其转换为1570nm激光，由于入射面上面设置1570nm全反膜，这样1570nm激光无法从OPO晶体的入射面射出，只能够从输出面的1570nm分光膜射出，也就是1570nm激光能够从OPO晶体的输出面射出，而1064nm激光射入至OPO晶体内之后，输出面上具有1064nm全反膜，使得1064nm激光不能够从OPO晶体的输出面射出，OPO晶体的输出面只能够输出1570nm激光，1570nm激光从OPO晶体的输出面射出之后，会射在第四平面全反镜上面，经过第四平面全反镜反射在二向色镜上面，经过二向色镜反射输出，实现1570nm脉冲激光与532nm脉冲激光共孔径输出。同时，在OPO晶体的输出面上面设置1570nm分光膜，需要1570nm在OPO晶体进行腔内振荡增益，增加1570nm激光的强度。

其中，所述二向色镜上镀有532nm增透膜及1570nm高反膜，所述第四平面反射镜反射出的1570nm激光，射在所述二向色镜的输出面上，经所述二向色镜反射，所述输出镜射出的532nm激光，射在所述二向色镜的入射面上，经所述二向色镜射出，并与所述1570nm激光共孔径输出。

其中，输出镜射出的532nm激光能够通过二向色镜上面532nm增透膜射出，使二向色镜只能够射出532nm激光，1570nm高反膜的设置，使得OPO频率变换腔射出的1570nm激光直接射在二向色镜的输出面上，会经过1570高反膜反射，使其与532nm激光输出为共孔径输出。

其中，所述第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜上均镀有1064nm高反膜，所述第二平面全反镜上还镀有532nm全反膜，所述倍频晶体将1064nm激光倍频输出532nm激光，所述输出镜上镀有532nm增透膜，所述输出镜将532nm激光透过，将1064nm激光反射。

在LD侧泵模块射出的1064nm激光到Z型谐振腔内的时候，会利用第一平面全反镜、平凹全反镜、输出镜及第二平面全反镜的1064nm高反膜进行反射，使得1064nm激光会在Z型谐振腔内不断的振荡增益，再由倍频晶体实现频率变换，将其变换为532nm激光，再由第二平面全反镜的532nm全反膜将532nm激光反射到输出镜上面，而输出镜上面则镀有532nm增透膜，这样能够利用输出镜将Z型谐振腔内532nm的激光射出到二向色镜上，经过二向色镜射出。其中，倍率晶体采用经过常温二类相位匹配的倍率晶体。

在本实施例中，在输出镜上面镀有532nm增透膜，因为经过倍频晶体倍频之后的532nm激光直接倍频之后，就经过输出镜输出，不需要在Z型谐振腔内进行振荡，利用增透膜增透输出即可。

其中，所述LD侧泵模块内设有激光器增益介质Nd：YAG晶体及808nm激光泵浦源。

在本实施例中，第一光电调Q开关及第二光电调Q开关采用调Q晶体。

实施例二：参见图2所示，一种532nm/1570nm双波长共孔径可自由切换输出激光器，其结构与实施例一基本相似，不同点在于：本实施例中采用连续激光器，当采用连续绿光输出，也就是实现532nm连续绿光输出，为实现脉冲绿光输出，与实施例一中的区别点为：所述OPO频率变换腔内设有λ/4波片16及第二电光调Q开关17，所述λ/4波片及第二电光调Q开关依次设置于所述45°偏振片与所述第三平面全反镜之间。

也就是本实施例中，在Z型谐振腔内不设置λ/4波片及第二电光调Q开关，Z型谐振腔内的的光路经过腔内进行振荡，会经过布儒斯特偏振镜后产生P分量线偏光，在第一光电调Q开关未通电的状态下，经过第一光电调Q开关任然为P分量线偏光，可以顺利的通过45°偏振片，今儿通过倍频晶体实现频率变换，将其转换为532nm连续激光，再经过输出镜输出532nm连续绿光激光。当需要实现1570nm激光的时候，给予第一光电调Q开关通电，给予第一光电调Q开关加载λ/2波电压，Z型谐振腔内的P分量偏光经过第一光电调Q开关，利用光电效应，可转变为S分量偏光，从而使得45°偏振片将1064nm连续激光输入到OPO谐振腔内，同样经过OPO晶体将其1064nm激光转换为1570nm激光，经过二向色镜输出，使二向色镜能够共孔径输出532nm连续激光及1570nm连续激光。其中，第二光电调Q开关通电之后，给予其加载λ/4波电压后可以实现1570nm脉冲激光输出。这样采用连续激光器的时候，既能够实现532nm连续激光的射出，也能够实现1570nm连续激光、1570nm脉冲激光的输出。