固态激光发生器制造技术

两个激光介质以等间隔设置在作为包括谐振器的谐振器镜的第一平面镜和用于分离激光的第二平面镜之间，第二平面镜透射二次谐波激光并向激光入射面反射基频激光；介电多层膜形成在用于分离激光的第二平面镜上。作为谐振器镜的第三平面镜设置成面对与第二平面镜中的基频激光的入射方向成９０°的方向。第一透镜、用于把基频激光变换成二次谐波激光的非线性光学晶体、以及第二透镜顺次单排以与第一和第二透镜的焦距ｆ相等的间隔设置在第二和第三平面镜之间。因而，可在维持稳定谐振条件的同时，确保用于容纳非线性光学晶体和分离二次谐波激光的镜的空间，并可增大固态激光发生器的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用腔内频率变换的固态激光发生器，更具体地涉及通过使用非线性光学晶体来变换频率的固态激光发生器。
技术介绍
Nd:YAG激光器或其他固态激光发生器广泛用作机加工激光器。最近，固态激光发生器的输出从数百瓦迅速增大到数千瓦，激光器的应用领域相应地从现有的微加工领域扩展到汽车业中的焊接和切割应用。然而，大多数固态激光发生器的发光波长范围限于约1μm的近红外范围，从而产生的缺点是，对于近红外范围外的波长的反射率高，在具有低吸收率的铜、硅、以及一些其他材料方面的机加工效率不良。为此，在现有技术(日本专利申请Kokai公开No.6-5962、日本专利申请Kokai公开No.6-21553、日本专利No.3197820)中提出了以下方法，即使用LiB3O5(三硼酸锂(lithium triborate)，LBO)、KTiOPO4(KTP)、β-BaB2O4(硼酸钡(barium borate)，BBO)、以及其他非线性光学晶体把发光波长变换为二次谐波，以减小工件表面的反射率，增大激光吸收，从而增大机加工效率。外腔频率变换和腔内频率变换是使用这种非线性光学晶体的频率变换类型。外腔频率变换从基频的激光(以下称为基频激光)到二次谐波激光具有低变换率，必须在非线性光学晶体内以高功率密度聚集基频激光，以便输出高输出激光。为此，从简单的谐振器获得的输出的上限在高于100W的等级内，难以在考虑可靠性时实现较高输出。腔内频率变换与外腔频率变换相比，向二次谐波激光的变换率高且可靠性更佳。然而，该方法的不利方面是，在固态激光介质内产生的热透镜效应不允许在维持稳定谐振条件的同时，获得较高输出。热透镜效应是固态激光介质由于受到激励而被加热的现象，在固态激光介质内产生的温度分布形成折射率分布，固态激光介质有透镜一样的表现。普通固态激光介质几乎不吸收基频激光，但是频率变换的激光经常具有高吸收特性，特别是针对已变换成较高频率的激光。鉴于以上，采用腔内频率变换的固态激光发生器构成为使激光的光路弯曲至少一次，并通过使用介电多层膜镜把光路分离成频率变换的激光和基频激光，以便从谐振器中仅引出频率变换的激光，从而防止频率变换的激光被固态激光介质吸收，并获得具有良好效率的频率变换的激光。图1是示出采用腔内频率变换的现有固态激光发生器中的谐振器的构造的图。现有固态激光发生器的谐振器100具有以下构造，即平面镜104、Q开关103a、固态激光介质101、Q开关103b、以及平面镜107顺次单排设置，如图1所示。平面镜107设置成使通过Q开关103a透射的激光以45°角入射。凹面镜110和LBO或者用于变换激光频率的另一非线性光学晶体102顺次设置在由平面镜107反射的激光的行进方向，更具体地说，在与激光的入射方向成90°的方向。谐振器100的平面镜104在面对Q开关103a的表面上，更具体地说，激光入射表面上设置有反射垂直入射的基频激光109的介电多层高反射膜。平面镜107是用于分离变换的激光108的镜，该镜的激光入射表面设置有介电多层膜，从而使以45°入射的基频激光109以高反射率反射，并使以45°入射的二次谐波激光108透射。凹面镜110设置有使垂直入射的基频激光109和二次谐波激光108都反射的介电多层高反射膜。为此，在固态激光介质101内产生的基频激光109由平面镜104反射，然后再次通过固态激光介质101，由平面镜107反射，并被允许入射到非线性光学晶体102内。基频激光109的一部分由非线性光学晶体102变换成二次谐波激光108。通过了非线性光学晶体102的基频激光109和二次谐波激光108由凹面镜110反射，再次通过非线性光学晶体102透射，并被变换成另一频率。然后，基频激光109由平面镜107反射并被引导到Q开关103b，二次谐波激光108通过平面镜107透射并被引到系统外部。这样，仅二次谐波激光108被引到系统外部，而基频激光108被限制在系统内部。在现有固态激光发生器中，具有相对于与非线性光学晶体102和平面镜107所占的空间成比例的固态激光介质101的不对称性，至少一个镜构成为凹面镜110，而不是设置在其中的所有镜都构成为平面镜。然而，上述现有技术具有下述缺点。如上所述，采用腔内频率变换的固态激光发生器从基频激光到二次谐波激光具有高变换率，但是由于在固态激光介质内产生热透镜效应，因而当发射到固态激光介质的激励光的强度增大以便获得高输出激光时，固态激光介质的热透镜焦距减小。在采用腔内频率变换的现有固态激光发生器中，在两个平面镜例如作为谐振器镜设置在固态激光发生器的两侧的情况下，必须把两个平面镜之间的距离，即谐振器长度保持为固态激光介质的焦距的四倍或以下的量级，以便获得稳定谐振状态。谐振器长度越短，高激光输出就越稳定。然而，当激光的光路构成为折返时，如图1所示的谐振器100，不仅需要用于非线性光学晶体102的空间，而且需要用于平面镜107的空间，该平面镜107通过反射基频激光109来使光路折叠，并透射二次谐波激光108以使该光与基频激光109分离。这样，具有光路折返的现有谐振器构造的固态激光发生器具有的缺点是，不能使谐振器长度较短，难以获得较高输出。另一缺点是，难以增加采用腔内频率变换的现有固态激光发生器中的谐振器内部设置的固态激光介质的数量。图2A～2C是示出当图1所示的谐振器100的组件被重新布置以便形成线性光路时的基频激光的传播状态的图。图2A示出输入到固态激光介质的激励光的强度具有低强度的情况。图2B示出激励光的强度是中等强度的情况。图2C示出激励光的强度高的情况。图2A～2C所示的基频激光109的传播状态通过计算单独获得。示出了限制在谐振器100内部的基频激光109的横向传播模式。如图2A～2C所示，两个固态激光介质111a和111b，设置在谐振器内部的相互面对放置的平面镜114和凹面镜120之间，并在固态激光介质111b和凹面镜120之间的间隔按照等于非线性光学晶体112所占的空间的距离延伸。这样，当谐振器的构造相对于固态激光介质不对称时，在此情况下形成的传播模式也是不对称的横向传播模式。为此，在采用腔内频率变换的现有固态激光发生器中的谐振器内部，不能容易增加固态激光介质的数量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固态激光发生器，其能够确保用于容纳二次谐波激光分离镜和非线性光学晶体的空间、并能够在维持稳定谐振状态的同时，提供较高输出的。根据本专利技术的固态激光发生器在谐振器内进行频率变换。该固态激光发生器包括用于谐振的第一和第二平面镜；激光介质，其将激光放大并设置在第一和第二平面镜之间；一个或多个非线性光学晶体，其设置在激光介质和第二平面镜之间，并变换激光的频率；以及透镜，其设置在激光介质和第二平面镜之间，其中在透镜和第二平面镜之间的间隔等于透镜的焦距f。在本专利技术中，透镜设置成使距第二平面镜的间隔与形成在第一和第二平面镜之间的谐振器内部的透镜的焦距f相等，由此即使谐振器长度延长，也能满足谐振稳定性条件直到达到高输出范围，并且由于可确保用于容纳非线性光学晶体、频率分离镜、以及用于变换激光频率的其他组件的空间，因而可容易地确保较高输出。多个透镜可以设置在激光介质和第二平面镜之间的共焦位置。因此，即使谐振器长度延长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态激光发生器，用于谐振器内部的频率变换，包括：用于谐振的第一和第二平面镜；　激光介质，其将激光放大，并且设置在所述第一和第二平面镜之间；一个或多个非线性光学晶体，其设置在所述激光介质和所述第二平面镜之间，并变换 所述激光的频率；以及透镜，其设置在所述激光介质和所述第二平面镜之间，其中在透镜和所述第二平面镜之间的间隔等于所述透镜的焦距ｆ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：森田浩之，
申请(专利权)人：激光先进技术股份公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]