一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，近红外半导体激光器的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组、级联倍频装置、准直镜和二色镜，多个倍频装置依次设于光束整形透镜组与准直镜之间，准直镜的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜，二色镜的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜的一侧设有光线收集器。本实用新型专利技术所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，可充分利用泵浦光功率，能够获得较高功率的倍频激光。特别对于角度匹配的临界相位匹配晶体，通过以走离补偿方式放置的晶体对，可有效降低在倍频过程中由于走离效应导致的倍频转换效率的急剧下降。

A compact high-efficiency cascade frequency doubled laser

The utility model provides a compact high efficiency cascade frequency doubling laser. The light emitted by the emitter of the near infrared laser diode is in turn through the beam shaping lens group, cascade frequency doubling device, collimator mirror and two color mirror. Both sides are plated with near infrared laser high permeability film and frequency doubling laser high permeable film. Both sides of the two color mirror are plated with 45 degree angle near infrared laser high reverse film and 45 degree angle doubling laser high permeable film, and one side of the two color mirror has a ray collector. The utility model has a compact high efficiency cascade frequency doubling laser, which can make full use of the pump light power, and can obtain high power frequency doubling laser. Especially for the angle matched critical phase matching crystal, the sharp decrease of the frequency doubling conversion efficiency in the frequency doubling process can be effectively reduced by using the crystal pairs which are placed in the way of compensation.

【技术实现步骤摘要】
一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器
本技术属于激光器领域，尤其是涉及一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器。
技术介绍
全固态激光器以其光束质量好、效率高、寿命长、体积小等优点成为性能优良的相干光源。随着基因测序、生物检测、激光荧光、生物光子仪器技术的快速发展，小型化、低成本、多种波长固体激光器成为一种有广泛需求的激发探测光源，例如405nm，488nm，515nm，532nm，650nm等波长激光器。目前，由于蓝、绿波长半导体激光芯片技术的限制，将半导体激光整形直接输出激光的技术方案，具有成本高且激光功率较低的缺点。利用成本较低的近红外半导体激光泵浦非线性晶体进行直接倍频的方案，是一个较好的选择，但是常规半导体激光的发散角大，激光聚焦后瑞利长度短，难以通过尺寸较长的非线性晶体实现半导体激光的高效率倍频光输出。根据文献报道，这类方案所用的半导体泵浦光源多为脊形光波导结构或者带有DFB光耦合输出的半导体激光器，虽然这类半导体激光器光束质量较好(M2<2)，但价格昂贵、技术复杂且输出功率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本技术旨在提出一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，通过近红外半导体激光直接泵浦非线性晶体获得倍频光，使用近红外半导体激光器经过光束整形后依次通过多块非线性倍频晶体(角度匹配的临界相位匹配晶体或温度匹配/准相位匹配的非临界相位匹配晶体等)，在确定倍频晶体的长度时，保证泵浦光在通过晶体时能产生高效率的非线性频率转换，以高效级联倍频的方式，获得较高功率的倍频激光。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，包括：依次设置的近红外半导体激光器、光束整形透镜组、级联倍频装置、准直镜和二色镜。所述近红外半导体激光器的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组、级联倍频装置、准直镜和二色镜。所述级联倍频装置包括多个倍频装置，多个倍频装置依次设于光束整形透镜组与准直镜之间。所述准直镜的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜。所述二色镜的轴线与入射光线呈45°角设置，二色镜的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜的一侧设有光线收集器。所述光线收集器的接收端正对于二色镜的反射光。进一步的，所述近红外半导体激光器为近红外边发射半导体激光器、垂直腔面发射半导体激光器或光纤耦合输出的近红外半导体激光器。进一步的，所述近红外半导体激光器电连接第一温度控制器，所述第一温度控制器通过控温热沉对近红外半导体激光器进行温度控制。进一步的，所述光束整形透镜组包括非球面透镜和柱透镜，所述非球面透镜设于近红外半导体激光器与柱透镜之间。进一步的，所述倍频装置包括一个聚焦镜和一个倍频晶体，所述聚焦镜设于倍频晶体靠近光束整形透镜组的一侧，近红外半导体激光器发出的光线最先穿过的聚焦镜的两面均镀有近红外激光高透膜，其余聚焦镜的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜。进一步的，所述倍频晶体设有多个，每个倍频晶体电连接一个第二温度控制器，所述第二温度控制器通过控温热沉对倍频晶体进行温度控制。进一步的，所述第一温度控制器包括TEC半导体制冷片，所述第二温度控制器为TEC温控装置，所述TEC温控装置包括两个TEC半导体制冷片，两个TEC半导体制冷片分别设于倍频晶体相对的两侧，TEC半导体制冷片靠近倍频晶体的一侧无缝贴合有控温热沉。或者，所述第一温度控制器包括TEC半导体制冷片，所述第二温度控制器为温控炉装置，所述温控炉装置包括合金金属丝，所述合金金属丝缠绕在两个控温热沉上，两个控温热沉之间设有倍频晶体。进一步的，所述第一温度控制器和第二温度控制器的温度控制精度均大于0.1℃。进一步的，所述聚焦镜为消色差聚焦镜。进一步的，所述倍频晶体为角度匹配的临界相位匹配晶体时，临界相位匹配晶体以走离补偿方式设置。相对于现有技术，本技术所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器具有以下优势：1、本技术可适用于光束质量相对较差、瑞利长度较短的泵浦激光源。2、本技术可充分利用泵浦光功率，能够获得较高功率的倍频激光。特别对于角度匹配的临界相位匹配晶体，通过以走离补偿方式放置的晶体对，可有效降低在倍频过程中由于走离效应导致的倍频转换效率的急剧下降。3、本技术适用于多种波长的LD激光器，产品类型丰富，成本低，便于推广使用。附图说明构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例1的结构组成示意图；图2为本技术中TEC温控装置的结构组成示意图；图3为本技术中温控炉装置的结构组成示意图；图4为本技术实施例2的结构组成示意图。附图标记说明：1-第一温度控制器；2-近红外半导体激光器；3-控温热沉；4-光束整形透镜组；41-非球面透镜；42-柱透镜；5-倍频装置；51-聚焦镜；53-第二温度控制器；54-倍频晶体；7-TEC半导体制冷片；8-近红外光；81-倍频光；82-基频光；10-合金金属丝；11-准直镜；12-二色镜；13-光线收集器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。如图1～4所示，包括：依次设置的近红外半导体激光器2、光束整形透镜组4、级联倍频装置、准直镜11和二色镜12。所述近红外半导体激光器2的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组4、级联倍频装置、准直镜11和二色镜12。所述级联倍频装置包括多个倍频装置5，多个倍频装置5依次设于光束整形透镜组4与准直镜11之间。所述准直镜11的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜；所述二色镜12的轴线与入射光线呈45°角设置，二色镜12的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜12的一侧设有光线收集器13。所述光线收集器13的接收端正对于二色镜12的反射光。所述近红外半导体激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：包括：依次设置的近红外半导体激光器(2)、光束整形透镜组(4)、级联倍频装置、准直镜(11)和二色镜(12)；所述近红外半导体激光器(2)的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组(4)、级联倍频装置、准直镜(11)和二色镜(12)；所述级联倍频装置包括多个倍频装置(5)，多个倍频装置(5)依次设于光束整形透镜组(4)与准直镜(11)之间；所述准直镜(11)的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜；所述二色镜(12)的轴线与入射光线呈45°角设置，二色镜(12)的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜(12)的一侧设有光线收集器(13)；所述光线收集器(13)的接收端正对于二色镜(12)的反射光。

【技术特征摘要】
1.一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：包括：依次设置的近红外半导体激光器(2)、光束整形透镜组(4)、级联倍频装置、准直镜(11)和二色镜(12)；所述近红外半导体激光器(2)的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组(4)、级联倍频装置、准直镜(11)和二色镜(12)；所述级联倍频装置包括多个倍频装置(5)，多个倍频装置(5)依次设于光束整形透镜组(4)与准直镜(11)之间；所述准直镜(11)的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜；所述二色镜(12)的轴线与入射光线呈45°角设置，二色镜(12)的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜(12)的一侧设有光线收集器(13)；所述光线收集器(13)的接收端正对于二色镜(12)的反射光。2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：所述近红外半导体激光器(2)为近红外边发射半导体激光器、垂直腔面发射半导体激光器或光纤耦合输出的近红外半导体激光器。3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：所述近红外半导体激光器(2)电连接第一温度控制器(1)，所述第一温度控制器(1)通过控温热沉(3)对近红外半导体激光器(2)进行温度控制。4.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：所述光束整形透镜组(4)包括非球面透镜(41)和柱透镜(42)，所述非球面透镜(41)设于近红外半导体激光器(2)与柱透镜(42)之间。5.根据权利要求3所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，其特征在于：所述倍频装置(5)包括一个聚焦镜(51)和一个倍频晶体(54)，所述聚焦镜(51)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿博，樊仲维，赵水，许东晖，马有瑄，
申请(专利权)人：中科和光天津应用激光技术研究所有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12