超晶格全固态红、黄、绿三色激光器的设置方法技术

超晶格全固态红、黄、绿三色激光器，以ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＹＶＯ＃－［４］晶体，１．０６４μｍ激光和１．３４２μｍ激光以直腔（如图１，１．３４２μｍ激光在３、６之间振荡，１．０６４μｍ激光在３、７之间振荡）或分路折叠的方式同时振荡并共线输出。以一块能同时实现１．０６４μｍ激光倍频（绿光）和１．３４２μｍ激光倍频（红光），以及１．０６４μｍ激光和１．３４２μｍ激光和频（黄光）的非周期ＬｉＴａＯ＃－［３］超晶格，置于控温炉中，放置在腔内或腔外，得到红、黄、绿三色激光同时输出。超晶格全固态红、黄、绿三色激光器，在高亮度的激光显示、激光背投、彩色激光打印等领域由很高的应用价值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，能同时激发掺Nd离子激光晶体多波长激光共振，并用一块超晶格实现多个包括倍频、和频的非线性频率变换过程，得到红、黄、绿三色激光同时输出。用超晶格晶体进行非线性光学频率转换是获得可见光波段激光输出的重要手段。通过适当的超晶格微结构设计，利用其二阶非线性效应同时实现多个频率转换过程(倍频、和频)，可以实现可见光波段内的多波长激光同时输出。二、技术背景此前相关的工作包括2001年12月，南京大学固体微结构实验室(本申请单位)刘照伟、祝世宁等人在JJAP上发表了“双周期反转畴结构钽酸锂晶体产生1.064μm激光的三倍频紫外光输出(Ultraviolet generation in a dual-periodic domain invertedstructure in LiTaO3crystal by frequency tripling in a 1.064μm laser)”的文章，报导了用双周期结构的LiTaO3超晶格对NdYVO4发射的波长为1.064μm激光直接三倍频，同时产生绿光(0.532μm)和紫外光(0.355μm)的结果，两个周期(基本周期和调制周期)分别为l＝6.77μm，L＝51.08μm，倍频绿光和三倍频紫外光的最高功率分别为344mw和21mw，对应效率分别为45.4％和2.7％。2001年1月J.Campany在Appl.Phys.Lett.上发表了“非周期极化的掺钕铌酸锂中同时产生红、绿、蓝连续光激光(Simultaneous generation of red，green，andblue continuous-wave laser radiation in Nd3+-/doped aperiodically poled lithiumniobatc)”的文章。其中红光(0.686μm)和绿光(0.542μm)分别由同时振荡的1.372μm和1.084μm的基波自倍频得到，而蓝光(0.441μm，0.482μm)则是由0.774μm的泵浦光与1.084μm和1.372μm的振荡光自和频得到。文章给出的是光谱检测结果，总的可见光功率在1mw左右。且由于生长的非周期结构无法针对多色输出进行优化，输出功率和转换效率与有效输出还有相当的距离。2001年8月，刘辉、朱永元等人在Appl.Phys.Lett.发表了“用于频率转换的非周期超晶格设计(Aperiodic optical superlattice engineered for opticalfrequency conversion)”的文章，报导了非周期超晶格结构设计方法及实现多波长倍频的理论结果。可以根据需要设计非周期的超晶格(反转畴)序列提供多个(可以大于三个，理论上是任意多个)倒格矢匹配多个倍频过程的位相失配。对使用单一结构超晶格，通过多波长倍频、和频实现红、黄、绿三色激光的同时输出具有很重要的参考价值。本申请人申请的专利(专利号00119006和00119007)也是本专利技术中所用超晶格设计的基础。综上所述，这些研究与技术途径均不涉及同时激发NdYVO4晶体的1.064μm和1.342μm的双波长激光共振，用一块单一结构(非周期)的超晶格晶体同时对1.064μm和1.342μm基波倍频、和频产生红、黄、绿三色激光同时输出。三、本
技术实现思路
本专利技术的目的利用掺Nd离子晶体激发多波长激光共振，用一块超晶格实现多个倍频、和频过程，同时得到可见光波段内多波长激光输出；尤其是同时激发NdYVO4晶体的1.064μm和1.342μm的双波长激光共振，并用一块单一结构(非周期)的钽酸锂(LiTaO3，LT)超晶格为变频晶体，开发出能同时获得红、黄、绿三色激光同时输出的小型和具有实用性的全固态激光器。本专利技术是按照下面所述的方式实现的。本专利技术提供的超晶格全固态红、黄、绿三色激光器，包括二极管激光(LD)泵浦源，Nd3+YVO4晶体，同时产生双波长振荡的双波长谐振腔，以及能同时实现多个非线性频率变换过程(两个倍频、一个和频)的特定结构的超晶格晶体。从Nd离子的4F3/2→4I9/2、4I11/2、4I13/2、4I15/2能级跃迁的多条谱线中，选择设计双波长谐振腔，获得双波长基波同时输出；然后针对此双波长基波设计特定结构(非周期)的LT超晶格。该超晶格可以对NdYVO4发射的两种波长激光实现倍频得到两种可见光；同时也对NdYVO4发射两种波长激光实现和频，得到一种可见光；这样可以得到三色的激光同时输出。利用NdYVO4晶体的优异的激光性能和它的两条发射谱线4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2，设计双波长谐振腔，获得1.064μm和1.342μm双波长基波同时输出，然后针对此双波长基波设计特定结构(非周期)的LT超晶格。该超晶格可以对NdYVO4发射的1.064μm激光实现倍频得到绿光(0.532μm)；也对NdYVO4发射的1.342μm激光实现倍频，得到0.671μm的红光；同时对1.064μm激光和1.342μm激光的和频，得到0.593μm的黄光，从而构造出能实现红、黄、绿三色激光同时输出的小型全固态激光器。1.064μm激光和1.342μm激光以直腔(1.342μm激光在3、6之间振荡，1.064μm激光在3、7之间振荡，说明书附1)或分路折叠的方式(1.342μm激光在13、6之间振荡，1.064μm激光在12、7之间振荡，说明书附2)同时振荡并共线输出。腔内加入声光调制器5使1.342μm和1.064μm激光变成准连续，提高峰值功率密度和转换效率。超晶格晶体10置于控温炉9中，放置于(腔内或)腔外。本专利技术还可以采用不同基质的掺Nd离子激光晶体、不同的泵浦方式(LD泵浦或闪光灯泵浦)、选择不同的发射谱线共同谐振、使用不同的超晶格材料、不同的超晶格结构参数实现红、黄、绿三色及其多种颜色组合的可见光同时输出。1.不同基质的掺Nd离子激光晶体，包括NdYAG(NdY3Al5O12)、NdYAP(NdYAlO3)和NdGdVO4等，对应的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2的发射谱线的受激发射截面和对应波长与NdYVO4有所不同，这意味着，对其它掺Nd离子晶体，适当调整平衡双波长共振损耗，也可以实现双波长共振，相应修改超晶格的结构参数，它们也适用于本专利技术，只是产生的红、黄、绿激光的波长会略有不同。如NdYAP晶体，对应的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2的发射谱线波长为1.079μm和1.341μm，采用本专利技术的方法可以获得波长为0.670μm红光、0.5981μm的黄光、0.540μm的绿光。2.Nd离子的发射谱线除了上述的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2之外，还包括4F3/2→4I15/2和4F3/2→4I9/2，若设计膜系使4F3/2→4I9/2、4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2同时共振，可以设计相应的超晶格，获得红、黄、绿多种颜色和及其多种颜色组合的激光输出。3.LT超晶格实现倍频和三倍频的方法参见
技术介绍
和中国专利公开0019006和0019007。除了LiTaO3晶体外，本专利技术还包括LiNbO3、KTP、RTP等其它非本文档来自技高网...

【技术保护点】
超晶格全固态红、黄、绿三色激光器的设置方法，其特征在于：以掺Ｎｄ离子晶体为增益介质，包括Ｎｄ：ＹＶＯ↓［４］、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙ↓［３］Ａｌ↓［５］Ｏ↓［１２］）、Ｎｄ：ＹＡＰ（Ｎｄ：ＹＡｌＯ↓［３］）和Ｎｄ：ＧｄＶＯ↓［４］等，从Ｎｄ离子［４］↑Ｆ↓［３／２］→［４］↑Ｉ↓［９／２］、［４］↑Ｉ↓［１１／２］、［４］↑Ｉ↓［１３／２］、［４］↑Ｉ↓［１５／２］能级跃迁的多条谱线，选择两条谱线并设计双波长谐振腔，获得双波长基波同时输出，然后针对此双波长基波设计非周期超晶格，该超晶格对掺Ｎｄ离子晶体发射的双波长激光分别实现倍频得到两种可见光，同时实现两条谱线的和频，得到一种可见光，实现三色激光的同时输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝世宁，何京良，廖军，刘辉，朱永元，王慧田，闵乃本，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]