激光二极管泵浦的内腔倍频激光器制造技术

一种激光二极管泵浦的内腔倍频激光器，包括泵浦源，光学耦合系统，由全反镜、输出镜和插入其间的透镜组成的热稳定谐振腔，以及放置在腔内的激光介质和倍频晶体，其特征是：全反镜、输出镜均为平平镜；透镜为凸透镜；激光介质位于全反镜和凸透镜之间，且在振荡光的一个束腰处放置；倍频晶体位于凸透镜和输出镜之间，且在振荡光的另一个束腰处放置。本发明专利技术的两个平平镜和一个凸透镜组成的热稳定谐振腔有效地克服了大变化范围内的不同泵浦功率所产生的不同焦距的热透镜效应、倍频激光器的“绿光问题”（即倍频光功率不稳定问题），以及泵浦光和振荡光之间的模式失配问题，显著地提高了激光器的输出功率及其稳定性、光－光转换效率和光束质量等。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，特别是一种激光二极管泵浦的内腔倍频激光器，它适于激光全色显示、其它激光器的泵浦源、光储存、激光打标、激光划片、印刷板的热成像、激光医疗、科研和娱乐等领域的应用。
技术介绍
瓦级连续红光、绿光、蓝光激光器在激光全色显示、其它激光器的泵浦源、光储存、激光打标、激光划片、印刷板的热成像、激光医疗、科研和娱乐等领域有重要的应用。激光二极管泵浦的连续内腔倍频激光器因其高功率、高效率、高光束质量、高稳定性(功率和频率)、结构紧凑等优点而成为实现上述红光、绿光、蓝光激光器的最理想的技术。目前，随着商品化激光二极管的激光功率的提高，国际上激光二极管泵浦的连续内腔倍频激光器的输出功率也越来越高。对于该类激光器存在的，诸如激光介质和倍频晶体的热效应(含热透镜效应、热致双折射效应等)、“绿光问题”(即倍频激光功率不稳定)等严重地影响激光器的输出功率及其稳定性、激光光束质量等。现多采用折迭腔内插入凸透镜(见美国专利号5446749，其名称“Diode pumped，Multi Axial Mode，IntracavityDoubled Laser”；中国专利号ZL01225034.1，其名称“大功率半导体激光纵向泵浦内腔倍频激光器”；中国专利申请号99105276.5，其名称“具有光学镇定器的高度稳定性的LD泵浦内腔倍频激光器”)、折迭腔内插入λ/4波片(C.Czeranowsky，E.Heumann，and G.Huber，All-solid-state continuous-wavefrequency-doubled Nd:YAG-BiBO laser with 2.8W output-power at 473nm，OpticsLetters，Vol.28(6)，432(2003))、环形腔单频运转(L.Cabaret，J.Philip，and P.Camus，Transient frequency shift in a single-mode quasi-continuous diode-pumpedNd:YAG laser，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.36(11)，1323(2000)；M.V.Okhapkin，M.N.Skvortsov，A.M.Belkin，N.L.Kvashnin，and S.N.Bagayev，Tunable single-frequency diode-pumped Nd:YAG ring laser at 1064/532nm foroptical frequency standard applications，Optics Communications，203，359(2002))等技术进行解决。但是上述措施因光学损耗大，而影响激光器的输出功率和光-光转换效率。并且激光器的结构复杂，不仅生产成本高，而且安装和调试过程复杂，不利于生产安装和非专业人员操作使用。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了解决上述现有技术中所存在的诸如激光介质和倍频晶体的热效应、“绿光问题”，以及谐振腔内的振荡光与泵浦光的模式失配等严重影响激光输出功率及其稳定性、光-光转换效率和激光光束质量的问题，而专门设计出一种新的激光二极管泵浦的内腔倍频激光器。该激光器结构简单紧凑，利用平平全反镜、平平输出镜和插入其间凸透镜组成的热稳定谐振腔有效地克服激光介质和倍频晶体的热透镜效应、“绿光问题”等对激光输出功率及其稳定性、光-光转换效率、激光模式和振荡光(即基频光)与泵浦光之间的模式匹配等影响，很大地提高了激光输出功率及其稳定性、光-光转换效率和激光光束质量，使之在很大的泵浦功率范围内，激光器处于高效高功率TEM00工作状态。本专利技术的目的是通过以下方案来实现的本激光二极管泵浦的内腔倍频激光器包括泵浦源，光学耦合系统，由全反镜、输出镜和插入其间的透镜组成的热稳定谐振腔，以及放置在谐振腔内的激光介质和倍频晶体。其中全反镜和输出镜均为平平全反镜，透镜为凸透镜；激光介质位于全反镜与凸透镜之间，且紧靠全反镜，即在振荡光的一个束腰处放置；倍频晶体位于凸透镜与输出镜之间，且紧靠输出镜，即在振荡光的另一个束腰处放置。在本专利技术中，热稳定谐振腔内的凸透镜的焦距f和其在腔内的位置，谐振腔几何长度等参数的设计，要根据泵浦功率的范围、激光介质和倍频晶体的热透镜焦距fL1和fL2、泵浦光在激光介质上聚焦光斑半径wp和振荡光在全反镜(1)与输出镜(2)上的光斑束腰半径w1与w2等参数，通过计算确定。设计要求是，在热透镜焦距fL1和fL2大幅度变化时，谐振腔处于稳区，w1和w2仍能基本保持不变；同时，保证谐振腔内振荡光与泵浦光之间的模式匹配。本专利技术中，所述热稳定谐振腔可以是由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜组成的适用于单端泵浦、侧面泵浦和闪光灯泵浦的平平腔。为了增加泵浦用激光器二极管的数量，即增加泵浦功率，以进一步提高内腔倍频激光器的输出功率；同时能够避免激光介质内泵浦光聚焦光斑处的泵浦光功率密度过大，引起激光介质的光损伤等。所述热稳定谐振腔也可以是由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜，以及设置在激光介质与凸透镜之间的斜入射反射镜组成的V型或L型变形平平腔。考虑到入射角过大时，振荡光和倍频光的偏振态产生较大的变化，对激光功率及其稳定性产生较大的影响，斜入射反射镜的入射角不大于45°，即折迭角不大于90°。上述热稳定谐振腔还可以是由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜，以及设置在激光介质与凸透镜之间的斜入射反射镜组成的且采用双通倍频技术的适用于双端泵浦的V型或L型变形平平腔。同理，考虑到入射角过大时，振荡光和倍频光的偏振态产生较大的变化，对激光功率及其稳定性产生较大的影响，斜入射反射镜的入射角不大于45°，即折迭角不大于90°。在热稳定腔内的凸透镜的两通光面对基频光和倍频光均镀增透膜，该凸透镜可为平凸透镜，也可为双凸透镜。在本专利技术中，平平全反镜的两通光面要求对有关泵浦光、基频光和倍频光进行光学镀膜，至少其里通光面(即紧靠激光介质的通光面)镀基频光和倍频光的增反膜；至少外通光面(即靠近光学耦合系统的通光面)镀泵浦光的增透膜。如果激光介质存在多条激光谱线，当要实现激光输出的谱线的受激发射截面小于所存在的某些谱线的受激发射截面时，平平输入镜里通光面或其两通光面或平平输出镜的里通光面(即紧靠倍频晶体的通光面)或其两通光面还要对受激发射截面大于激光输出谱线的所有其它谱线镀增透膜。在本专利技术中，平平输出镜要求对基频光和倍频光进行光学镀膜，至少里通光面(即紧靠倍频晶体的通光面)对基频光镀增反膜，对倍频光镀增透膜。本激光器最突出的技术特征有以下几点(1)由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜组成的热稳定谐振腔能够很好地克服随泵浦功率的增加热透镜效应所产生的振荡光模体积的体积减小，提高振荡光的功率及其稳定性。(2)由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜组成的热稳定谐振腔能够很好地克服不同泵浦功率所产生的不同焦距的热透镜效应所导致的振荡光模式变化，使基频光在倍频晶体上光斑束腰半径w2保持基本恒定，从而保证倍频效率。(3)由平平全反镜、平平输出镜和插入其间的凸透镜组成的热稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二极管泵浦的内腔倍频激光器，它包括泵浦源（７），光学耦合系统（６），由全反镜（１）、输出镜（２）和透镜（３）组成的热稳定谐振腔，以及放置在热稳定谐振腔内的激光介质（４）和倍频晶体（５），其特征在于：ａ．全反镜（１）为平平镜； ｂ．输出镜（２）为平平镜；ｃ．透镜（３）为凸透镜；ｄ．激光介质（４）位于全反镜（１）与透镜（３）之间，且紧靠全反镜（１），即在振荡光的一个束腰处放置；ｅ．倍频晶体（５）位于透镜（３）与输出镜（２）之间，且紧靠 输出镜（２），即在振荡光的另一个束腰处放置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑义，姚建铨，张玉萍，梁兰菊，刘群，张会云，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]