掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器制造技术

一种掺钕氟化锂钇Nd:YLF纳秒脉冲蓝光激光器，属于激光器技术领域，利用激光二极管泵浦Nd:YLF晶体电光调Q激光器产生的903nm和1053nm两个基频纳秒脉冲激光腔内和频获得486nm太阳暗线蓝光激光输出。本发明专利技术具有结构紧凑、峰值功率高、光束质量好的特点，特别适合应用于海洋雷达探测和水下通信等领域。

Nd-doped lithium yttrium fluoride nanosecond pulsed blue laser

A Nd:YLF nanosecond pulsed Nd:YLF laser with Nd doped lithium fluoride belongs to the field of laser technology. The output of 486 nm solar dark line blue laser is obtained by using the intracavity sum frequency of 903 and 1053 nm fundamental frequency nanosecond pulsed laser generated by a laser diode-pumped Nd:YLF crystal electro-optic Q-switched laser. The invention has the characteristics of compact structure, high peak power and good beam quality, and is especially suitable for the fields of marine radar detection and underwater communication.

【技术实现步骤摘要】
掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器
本专利技术涉及全固态激光器，特别是一种掺钕氟化锂钇(以下简称为Nd:YLF)纳秒脉冲蓝光激光器。
技术介绍
在激光研究领域，蓝光激光器是一种较新的可见激光光源，由于其在国防、工业和医疗等领域的应用越来越广泛而倍受关注。近年来，蓝光激光器已在激光水下通信、海洋探测、高密度光存储、激光显示、光谱分析、生物工程和激光医疗等领域得到应用。在激光水下通信和海洋探测系统中，一般采用450～550nm蓝绿波段激光光源，其中在深海区，蓝光的穿透能力更强。太阳辐射光谱在486.1nm波长处由于氢原子的吸收而存在夫琅禾费暗线，采用该波长脉冲激光作为发射源，可以提高海洋应用系统的信噪比。专利CN107968313A中介绍了一种采用355nm紫外激光泵浦光参量振荡器获得486.1nm蓝光激光的方法，该方案的结构较复杂，需要进行多次频率变换，且需要对光参量振荡器输出激光波长进行主动控制，不适合小型化低功耗的应用场合，且存在高峰值功率紫外光导致光学元件的损伤风险。掺钕氟化锂钇Nd:YLF晶体是一种各向异性晶体，具有上能级寿命长、无热退偏等优点。利用高效的激光二极管LD端面泵浦技术结合电光调Q技术，采用Nd:YLF作为激光增益介质，其4F3/2→4I9/2的准三能级激光跃迁产生的903nm脉冲激光和4F3/2→4I11/2四能级激光跃迁产生的1053nm脉冲激光在激光谐振腔内和频获得486.1nm蓝光激光脉冲输出。该激光器具有结构紧凑、窄脉冲宽度、高峰值功率、高重复频率和光束质量好等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术结构复杂的缺点，提供一种小型化、结构紧凑的486.1nm蓝光脉冲激光器方案。本专利技术的基本思想是：利用激光二极管泵浦Nd:YLF晶体的两种激光发射波长903nm和1053nm腔内和频，可获得486.1nm目标波长，结合电光调Q技术，可获得高峰值功率蓝光激光脉冲输出。本专利技术的技术解决方案是：掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器，包括激光谐振腔第一支路、激光谐振腔第二支路、激光谐振腔共用支路和驱动器，其中第一支路为903nm激光支路，第二支路为1053nm激光支路，共用支路为和频输出支路。所述的激光谐振腔第一支路包括第一泵浦源、第一泵浦耦合透镜组、第一腔镜、第一激光晶体、第一偏振片、第一波片和第一调Q晶体，上述元件的性能参数和位置关系如下：所述的第一泵浦源可以是输出中心波长为793nm、797nm和806nm的光纤耦合输出激光二极管中的任意一种，其中心波长对应Nd:YLF晶体的吸收峰，泵浦光经所述的第一泵浦耦合透镜组准直聚焦，该泵浦耦合透镜组镀有对泵浦光波长793～806nm增透膜，聚焦后的泵浦光经所述的第一腔镜进入所述的第一激光晶体，第一腔镜的泵浦光入射面镀有793～806nm增透膜，出射面镀有793～806nm、1047nm增透膜和903nm高反膜，泵浦光焦点位于第一激光晶体内，该第一激光晶体为a轴切割Nd:YLF晶体，其c轴平行于谐振腔平面，晶体的两个通光面均镀有793～806nm、903nm和1047nm增透膜，Nd:YLF晶体的4F3/2→4I9/2跃迁包括π偏振903nm激光和σ偏振908nm激光，由于所述的第一偏振片的偏振选择，σ偏振908nm激光被抑制，只有平行于c轴的π偏振903nm激光可以起振，所述的第一偏振片、第一波片和第一调Q晶体组成电光调Q开关，产生903nm纳秒激光脉冲，其中第一偏振片为布儒斯特角偏振片，镀有903nm增透膜，第一波片为903nm四分之一波片，镀有903nm增透膜，第一调Q晶体是磷酸二氘钾KD*P、偏硼酸钡BBO和磷酸钛氧铷RTP中的任意一种，镀有903nm增透膜。所述的激光谐振腔第二支路包括第二泵浦源、第二泵浦耦合透镜组、第二腔镜、第二激光晶体、第二偏振片、第二波片和第二调Q晶体，上述元件的性能参数和位置关系如下：所述的第二泵浦源可以是输出中心波长为793nm、797nm或806nm的光纤耦合输出激光二极管中的任意一种，其中心波长对应Nd:YLF晶体的吸收峰，泵浦光经所述的第二泵浦耦合透镜组准直聚焦，该泵浦耦合透镜组镀有对泵浦光波长793～806nm增透膜，聚焦后的泵浦光经所述的第二腔镜进入所述的第二激光晶体，第二腔镜的泵浦光入射面镀有793～806nm增透膜，出射面镀有793～806nm增透膜和1053nm高反膜，泵浦光焦点位于第二激光晶体内，该第二激光晶体为a轴切割Nd:YLF晶体，其c轴垂直于谐振腔平面，晶体的两个通光面均镀有793～806nm和1053nm增透膜，Nd:YLF晶体的4F3/2→4I11/2跃迁包括π偏振1047nm激光和σ偏振1053nm激光，由于所述的第二偏振片的偏振选择，π偏振1047nm激光被抑制，只有垂直于c轴的σ偏振1053nm激光可以起振，所述的第二偏振片、第二波片和第二调Q晶体组成电光调Q开关，产生1053nm纳秒激光脉冲，其中第二偏振片为布儒斯特角偏振片，镀有1053nm增透膜，第二波片为1053nm四分之一波片，镀有1053nm增透膜，第二调Q晶体是磷酸二氘钾KD*P、偏硼酸钡BBO或者磷酸钛氧铷RTP中的任意一种，镀有1053nm增透膜。所述的激光谐振腔共用支路包括第三腔镜、输出镜、和频晶体和第四腔镜，上述元件的性能参数和位置关系如下：所述的第三腔镜与激光谐振腔第一支路光轴的夹角为30～75°，该腔镜镀有903nm增透膜和1053nm高反膜，第一支路产生的903nm纳秒脉冲激光经第三腔镜透射产生的透射光与第二支路产生的1053nm纳秒脉冲激光经第三腔镜反射产生的反射光进入共用支路合并作为基频光，基频光经所述的输出镜透射，该输出镜与激光谐振腔第一支路光轴的夹角为45°，该腔镜镀有903nm、1053nm增透膜和486nm高反膜，903nm和1053nm两种基频光进入所述的和频晶体，由于和频晶体的非线性效应产生486nm和频光，该和频晶体是一类相位匹配的三硼酸锂LBO晶体，该晶体的两个通光面均镀有903nm、1053nm和486nm增透膜，根据相位匹配条件903nm+1053nm→486.1nm，计算可得LBO晶体的切割角度为θ＝90°，所述的第四腔镜镀有903nm、1053nm和486nm高反膜，903nm和1053nm基频光以及486nm和频光被第四腔镜反射后再次通过和频晶体，到达输出镜，所述的486和频光经第四腔镜反射输出，所述的基频光经所述的输出镜透射后，其中一部分903nm纳秒激光脉冲在所述的第一腔镜与第四腔镜之间形成903nm激光振荡，另一部分1053nm纳秒激光脉冲在所述的第二腔镜与第四腔镜之间形成1053nm激光振荡。所述的驱动器包括LD驱动器和调Q驱动器，其中所述的LD驱动器用于驱动所述的第一泵浦源和第二泵浦源，工作在脉冲方式，所述的调Q驱动器用于驱动所述的第一调Q晶体和第二调Q晶体，所述的LD驱动器的外触发输出端与所述的调Q驱动器的触发输入端相连。本专利技术具有以下优点：1.利用LD泵浦Nd:YLF晶体的两种波长激光和频，和频光的中心波长稳定，恰好可落入夫琅禾费暗线，不需要对输出波长进行主动控制。2.通过腔内和频的方式，有效提高和频晶体处的基频光功率密度，从而获得高和频效率；3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器，其特征在于，包括激光谐振腔第一支路(1)、激光谐振腔第二支路(2)、激光谐振腔共用支路(3)和驱动器(4)；所述的激光谐振腔第一支路(1)包括第一泵浦源(1‑1)、第一泵浦耦合透镜组(1‑2)、第一腔镜(1‑3)、第一激光晶体(1‑4)、第一偏振片(1‑5)、第一波片(1‑6)和第一调Q晶体(1‑7)；沿所述的第一泵浦源(1‑1)发射的泵浦光经所述的第一泵浦耦合透镜组(1‑2)准直聚焦后，经所述的第一腔镜(1‑3)进入所述的第一激光晶体(1‑4)，泵浦光焦点位于第一激光晶体(1‑4)内，该第一激光晶体(1‑4)在泵浦光的激发下产生903nm激光，所述的903nm激光依次通过所述的第一偏振片(1‑5)、第一波片(1‑6)和第一调Q晶体(1‑7)组成的电光调Q开关，产生903nm纳秒激光脉冲；所述的激光谐振腔第二支路(2)包括第二泵浦源(2‑1)、第二泵浦耦合透镜组(2‑2)、第二腔镜(2‑3)、第二激光晶体(2‑4)、第二偏振片(2‑5)、第二波片(2‑6)和第二调Q晶体(2‑7)；沿所述的第二泵浦源(2‑1)发射的泵浦光经所述的第二泵浦耦合透镜组(2‑2)准直聚焦后，经所述的第二腔镜(2‑3)进入所述的第二激光晶体(2‑4)，泵浦光焦点位于第二激光晶体(2‑4)内，第二激光晶体(2‑4)在泵浦光的激发下产生1053nm激光，所述的903nm激光依次通过所述的第二偏振片(2‑5)、第二波片(2‑6)和第二调Q晶体(2‑7)组成的电光调Q开关，产生1053nm纳秒激光脉冲；所述的激光谐振腔共用支路(3)包括第三腔镜(3‑1)、输出镜(3‑2)、和频晶体(3‑3)和第四腔镜(3‑4)；所述的903nm纳秒激光脉冲经所述的第三腔镜(3‑1)透射后的透射光，与所述的1053nm纳秒激光脉冲经所述的第三腔镜(3‑1)反射后的反射光合并作为基频光，所述的基频光通过所述的输出镜(3‑2)进入所述的和频晶体(3‑3)产生和频光，所述的基频光和所述的和频光经所述的第四腔镜(3‑4)反射后再次通过所述的和频晶体(3‑3)，所述的和频光经所述的输出镜(3‑2)反射后输出，所述的基频光经所述的输出镜(3‑2)透射后，其中一部分903nm纳秒激光脉冲在所述的第一腔镜(1‑3)与第四腔镜(3‑4)之间形成903nm激光振荡，另一部分1053nm纳秒激光脉冲在所述的第二腔镜(2‑1)与第四腔镜(3‑4)之间形成1053nm激光振荡；所述的驱动器(4)包括LD驱动器(4‑1)和调Q驱动器(4‑2)；所述的LD驱动器(4‑1)的驱动输出端分别与所述的第一泵浦源(1‑1)和第二泵浦源(2‑1)相连，所述的LD驱动器(4‑1)的外触发输出端与所述的调Q驱动器(4‑2)的触发输入端相连，所述的调Q驱动器(4‑2)的输出端分别与所述的第一调Q晶体(1‑4)和第二调Q晶体(4‑4)相连。...

【技术特征摘要】
1.掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器，其特征在于，包括激光谐振腔第一支路(1)、激光谐振腔第二支路(2)、激光谐振腔共用支路(3)和驱动器(4)；所述的激光谐振腔第一支路(1)包括第一泵浦源(1-1)、第一泵浦耦合透镜组(1-2)、第一腔镜(1-3)、第一激光晶体(1-4)、第一偏振片(1-5)、第一波片(1-6)和第一调Q晶体(1-7)；沿所述的第一泵浦源(1-1)发射的泵浦光经所述的第一泵浦耦合透镜组(1-2)准直聚焦后，经所述的第一腔镜(1-3)进入所述的第一激光晶体(1-4)，泵浦光焦点位于第一激光晶体(1-4)内，该第一激光晶体(1-4)在泵浦光的激发下产生903nm激光，所述的903nm激光依次通过所述的第一偏振片(1-5)、第一波片(1-6)和第一调Q晶体(1-7)组成的电光调Q开关，产生903nm纳秒激光脉冲；所述的激光谐振腔第二支路(2)包括第二泵浦源(2-1)、第二泵浦耦合透镜组(2-2)、第二腔镜(2-3)、第二激光晶体(2-4)、第二偏振片(2-5)、第二波片(2-6)和第二调Q晶体(2-7)；沿所述的第二泵浦源(2-1)发射的泵浦光经所述的第二泵浦耦合透镜组(2-2)准直聚焦后，经所述的第二腔镜(2-3)进入所述的第二激光晶体(2-4)，泵浦光焦点位于第二激光晶体(2-4)内，第二激光晶体(2-4)在泵浦光的激发下产生1053nm激光，所述的903nm激光依次通过所述的第二偏振片(2-5)、第二波片(2-6)和第二调Q晶体(2-7)组成的电光调Q开关，产生1053nm纳秒激光脉冲；所述的激光谐振腔共用支路(3)包括第三腔镜(3-1)、输出镜(3-2)、和频晶体(3-3)和第四腔镜(3-4)；所述的903nm纳秒激光脉冲经所述的第三腔镜(3-1)透射后的透射光，与所述的1053nm纳秒激光脉冲经所述的第三腔镜(3-1)反射后的反射光合并作为基频光，所述的基频光通过所述的输出镜(3-2)进入所述的和频晶体(3-3)产生和频光，所述的基频光和所述的和频光经所述的第四腔镜(3-4)反射后再次通过所述的和频晶体(3-3)，所述的和频光经所述的输出镜(3-2)反射后输出，所述的基频光经所述的输出镜(3-2)透射后，其中一部分903nm纳秒激光脉冲在所述的第一腔镜(1-3)与第四腔镜(3-4)之间形成903nm激光振荡，另一部分1053nm纳秒激光脉冲在所述的第二腔镜(2-1)与第四腔镜(3-4)之间形成1053nm激光振荡；所述的驱动器(4)包括LD驱动器(4-1)和调Q驱动器(4-2)；所述的LD驱动器(4-1)的驱动输出端分别与所述的第一泵浦源(1-1)和第二泵浦源(2-1)相连，所述的LD驱动器(4-1)的外触发输出端与所述的调Q驱动器(4-2)的触发输入端相连，所述的调Q驱动器(4-2)的输出端分别与所述的第一调Q晶体(1-4)和第二调Q晶体(4-4)相连。2.根据权利要求1所述的掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器，其特征在于所述的第一泵浦源(1-1)和第二泵浦源(2-1)是输出中心波长为793nm、797nm和806nm的光纤耦合输出激光二极管中的任意一种。3.根据权利要求1所述的掺钕氟化锂钇纳秒脉冲蓝光激光器，其特征在于所述的第一泵浦耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：马剑，朱小磊，陆婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31