一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器制造技术

本发明专利技术提供一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，包括泵浦源，聚焦系统，激光谐振腔，自倍频晶体；所述自倍频晶体为沿晶体非主平面有效非线性系数最大方向切割成板条状的镱离子掺杂的硼酸钙氧稀土盐晶体；通过改变晶体的切向实现不同波长的相位匹配，实现560‑600nm波段的激光输出；所述泵浦源为波长为880nm‑980nm的激光二极管阵列；输入腔镜和输出腔镜镀膜以获得560‑600nm波段的激光输出；所述自倍频晶体两个大面用热沉冷却且位于输入腔镜和输出腔镜之间。本发明专利技术激光器可以实现大功率稳定的激光输出，具有低的激光阈值、高的转化效率、激光器设计简单。

A All-solid-state High Power Slab Laser Based on Phonon Band Side Emission

The invention provides an all-solid-state high-power slab laser based on phonon band edge emission, including a pump source, a focusing system, a laser resonator and a self-frequency doubling crystal; the self-frequency doubling crystal is a slab-like calcium borate oxide rare earth salt crystal doped with ytterbium ions cut in the direction of the maximum effective non-linear coefficient of the non-principal plane of the crystal; different wavelengths are realized by changing the tangential direction of the crystal. Phase matching is used to achieve 560 600 nm laser output; the pump source is a laser diode array with a wavelength of 880 980 nm; the input and output mirrors are coated to obtain 560 600 nm laser output; the two large surfaces of the self-doubling crystal are cooled by heat sink and are located between the input and output mirrors. The laser of the invention can realize high power and stable laser output, has low laser threshold, high conversion efficiency and simple laser design.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器
本专利技术涉及一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，属于激光
，涉及激光和非线性晶体器件。
技术介绍
声子带边发射是以电子与声子耦合效应使电子在不同能级间跃迁时与声子相互作用从而减小能级间距并增大激光辐射波长的一种辐射形式。通过声子带边发射，可实现稀土镱产生到1200nm波长的辐射，加以激光自倍频效应(即为将激光与倍频在同一块晶体中完成)，以获得波长从560-600nm的黄色激光。中国专利文件CN105071217A公开了一种镱离子掺杂硼酸钙氧稀土盐自倍频晶体的全固态激光器，可以实现黄光输出，该专利所述激光器采用传统激光器构型，即为将激励源出射的激励光经过所述聚焦系统的准直聚焦并通过输入腔镜注入到所述自倍频晶体中，该方式具有模式匹配好、效率高等优势，适合于瓦级小功率激光输出[Opt.Lett.41,1002(2016)]。但通过声子带边的基本概念可知，声子的参与使激光过程中热效应加剧，特别是该专利技术所述激光晶体中温度梯度的方向与光传播方向垂直，在热负荷条件下运转时，将产生严重的热透镜效应和热光畸变效应，使得光束质量降低，甚至出现晶体开裂，限制了激光功率的进一步提高。板条激光器的特征是激光工作物质为板条形状，泵浦光斑为长条状，可大幅度提高有效泵浦体积，并不要求在长条方向的模式匹配，同时，该类激光器中的温度梯度发生在板条厚度方向上(板条宽度方向上的两侧面被热绝缘)，通过散热面积的增大及激光泵浦光斑的增大，可基本避免热透镜效应和热光畸变效应，大幅度提高了激光输出功率。基于板条设计和声子带边发射和自倍频效应，可能实现大功率黄光激光输出。目前，板条激光器虽然已用于高功率激光方面，但在声子带边发射的激光特别是自倍频激光方面均属空白。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足和发展现状，本专利技术提供一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器特别是自倍频黄光激光器；本专利技术是一种基于镱离子掺杂的硼酸钙氧稀土盐晶体激光器，其发射波长为560nm-600nm。专利技术概述：本专利技术为沿晶体有效非线性系数最大方向切割成板条状晶体，通过镀膜实现从1120-1200nm波段激光起振，控制发射频率；同时，通过改变自倍频晶体镱离子掺杂硼酸钙氧稀土盐晶体的切割角度，选择可实现的倍频黄光有效输出，同时泵浦光光斑使用的是均匀分布的长方形光斑，这就使得晶体的热效应和散热方式得到了本质的改变，即入射端面的热分布只有在晶体厚度方向存在差异，也即热效应是一维分布的，有效抑制晶体的热效应，功率可以大幅度提升，从而获得大功率黄光激光输出。术语说明：高反射：是指对特定波长或波段光的反射率大于99％。高透过：是指对特定波长或波段光的透过率大于99％。热沉：是指使用热导率较高的材料(如铜、银等)加工成特定形状并包裹在晶体上，同时内部加工有孔道并通有恒温的冷却液以达到对晶体散热的目的，或者外部使用制冷设备使材料温度保持恒定从而达到对晶体散热的目的。板条状晶体：如图1所示，是指晶体通光面为长方形，通光面宽度(图中W表示)大于厚度(图中t表示)的长方体，晶体长度即晶体的通光方向在图中用L表示，上下两个面即为晶体的两个大面，使用热沉冷却。本专利技术的技术方案如下：一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，包括泵浦源，聚焦系统，谐振腔和位于谐振腔里的自倍频晶体；所述泵浦源，聚焦系统，谐振腔沿光路依次排列，所述谐振腔位于所述聚焦系统的输出端；所述自倍频晶体是镱离子掺杂硼酸钙氧稀土盐晶体；谐振腔由输入腔镜和输出腔镜组成，所述输入腔镜和输出腔镜分别镀介质膜以抑制1020-1080nm波段的激光起振、实现1120-1200nm波段激光起振；其特征在于：所述自倍频晶体是沿晶体有效非线性系数最大方向切割成板条状；所述泵浦源为880nm-980nm的激光二极管阵列，所述泵浦源发出的泵浦光通过所述聚焦系统形成长方形光斑并聚焦在位于所述谐振腔里的自倍频晶体的通光面上；所述通光方向为板条状晶体的长度方向。本专利技术的基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，实现560-600nm黄光激光输出。所述自倍频晶体位于输入腔镜和输出腔镜之间，位于聚焦系统的焦点处。该处光强密度较大，光斑较小，有利于自倍频晶体对泵浦光的吸收。根据本专利技术优选的，所述输入腔镜是由输入镜镀以介质膜A形成，或者是在所述自倍频晶体的光入射端面镀以介质膜A形成。所述介质膜A有对泵浦光880nm-980nm高透过的介质膜且有对1020-1080nm高透过的介质膜。以增大对泵浦光的有效吸收同时抑制1020-1080nm波段的激光起振。或者，为了镀膜简单化，所述介质膜A至少有对880nm-1100nm高透过的介质膜。根据本专利技术优选的，所述输出腔镜是由输出镜镀以介质膜B形成，或者是在所述自倍频晶体的光出射端面镀以介质膜B形成；所述介质膜B有对泵浦光880nm-980nm高反射的介质膜且有对1020-1080nm高透过的介质膜。以增大对泵浦光的有效吸收同时抑制1020-1080nm波段的激光起振。或者，为了镀膜简单化，所述介质膜B至少有对880nm-980nm高反射且对980-1100nm透过的介质膜。进一步优选的，为了实现黄光的有效输出，减少泵浦光的损耗，所述输入腔镜还需镀有对1100nm-1200nm和560nm-600nm波段高反射的介质膜，输出腔镜镀有对1100nm-1200nm高反射和对560nm-600nm高透过的介质膜；其中，对1100nm-1200nm波段高反射的介质膜可实现1120-1200nm波段激光起振。进一步优选的，所述介质膜A是对880-1100nm高透过且对1100-1200nm和560-600nm高反射的介质膜。进一步优选的，所述介质膜B是对880-980nm和1100-1200高反射且对980-1100nm和560-600nm高透过的介质膜。本专利技术所述泵浦源为波长为880nm-980nm的激光二极管阵列。该类激光器出射波长稳定，出射光斑为长方形方便整形，并有着较高的输出功率。根据本专利技术优选的，所述聚焦系统是下列组成之一种:a.单个平凸柱面镜或多个平凸柱面镜组合，b.单个平凸透镜或多个平凸透镜组合，c.单个双凸透镜或多个双凸透镜组合，d.平凸透镜与平凸、平凹柱面镜的组合，e.双凸透镜与平凸、平凹柱面镜的组合。聚焦系统的组合并不限于此，目的是为了把光斑聚焦成长方形光斑。聚焦系统的焦距1cm-30cm，根据使用情况而定；优选的焦距是1～10cm。根据本专利技术，将介质膜A镀于自倍频晶体入射端面、将介质膜B镀于自倍频晶体出射端面的实施方案，所述介质膜A和介质膜B构成激光谐振腔。根据本专利技术，输入腔镜和输出腔镜上镀有对980-1100nm高透过、1100nm-1200nm波段高反射的介质膜，是为了抑制1020-1080nm波段起振，实现1120-1200nm波段激光的振荡，产生基频光；输入腔镜上还镀有对880nm-980nm波段高透过的介质膜，输出腔镜上还镀有对880nm-980nm波段高反射的介质膜，是为了增加自倍频晶体对泵浦源泵浦光的有效吸收。本专利技术的激光谐振腔中，为了减少对泵浦光(900nm附近)的损耗和抑制1020-1080nm波段起振，需要在输入腔镜和输出腔镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，包括泵浦源，聚焦系统，谐振腔和位于谐振腔里的自倍频晶体；所述泵浦源，聚焦系统，谐振腔沿光路依次排列，所述谐振腔位于所述聚焦系统的输出端；所述自倍频晶体是镱离子掺杂硼酸钙氧稀土盐晶体；谐振腔由输入腔镜和输出腔镜组成，所述输入腔镜和输出腔镜分别镀介质膜以抑制1020‑1080nm波段的激光起振、实现1120‑1200nm波段激光起振；其特征在于：所述自倍频晶体是沿晶体有效非线性系数最大方向切割成板条状；所述泵浦源为880nm‑980nm的激光二极管阵列，所述泵浦源发出的泵浦光通过所述聚焦系统形成长方形光斑并聚焦在位于所述谐振腔里的自倍频晶体的通光面上；所述通光方向为板条状晶体的长度方向。

【技术特征摘要】
1.一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，包括泵浦源，聚焦系统，谐振腔和位于谐振腔里的自倍频晶体；所述泵浦源，聚焦系统，谐振腔沿光路依次排列，所述谐振腔位于所述聚焦系统的输出端；所述自倍频晶体是镱离子掺杂硼酸钙氧稀土盐晶体；谐振腔由输入腔镜和输出腔镜组成，所述输入腔镜和输出腔镜分别镀介质膜以抑制1020-1080nm波段的激光起振、实现1120-1200nm波段激光起振；其特征在于：所述自倍频晶体是沿晶体有效非线性系数最大方向切割成板条状；所述泵浦源为880nm-980nm的激光二极管阵列，所述泵浦源发出的泵浦光通过所述聚焦系统形成长方形光斑并聚焦在位于所述谐振腔里的自倍频晶体的通光面上；所述通光方向为板条状晶体的长度方向。2.如权利要求1所述的一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，其特征在于所述聚焦系统下列组成之一种:a.单个平凸柱面镜或多个平凸柱面镜组合，b.单个平凸透镜或多个平凸透镜组合，c.单个双凸透镜或多个双凸透镜组合，d.平凸透镜与平凸、平凹柱面镜的组合，e.双凸透镜与平凸、平凹柱面镜的组合。3.如权利要求1所述的基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，其特征在于聚焦系统的焦距为1cm-30cm；优选为1cm-10cm；所述聚焦系统对泵浦源出射的泵浦光聚焦成长方形光斑。4.如权利要求1所述的基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，其特征在于所述自倍频晶体通光面为长方形；自倍频晶体通光方向为晶体的长度方向，长度为0.5mm-50mm；晶体厚度为0.4mm-2mm，自倍频晶体宽度大于晶体厚度；进一步优选的，自倍频晶体长度为6mm-10mm，晶体宽度为12mm，厚度为1mm；优选在所述自倍频晶体的两个大面采用热沉冷却。5.如权利要求1所述的基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，其特征在于，所述自倍频晶体是沿最佳相位匹配方向切割即为非主平面有效非线性系数所切；优选的，最佳相位匹配方向为与晶体折射率最大的主轴方向(Z轴)为(120°±10°)范围且与最小的晶体折射率主轴方向(X轴)为-(40°±10°)范围。6.如权利要求1所述的基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器，其特征在于，所述输入腔镜是由输入镜镀以介质膜A形成，或者是在所述自倍频晶体的光入射端面镀以介质膜A形成；所述介质膜A有对泵浦光880nm-980nm高透过的介质膜且有对1...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩海，张怀金，杜金恒，王继扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37