LD泵浦祖母绿晶体激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种ＬＤ泵浦祖母绿晶体激光器。该激光器包括一个经过光纤初步耦合的激光二极管，设置在其后面的耦合系统和激光振荡腔。在光学振荡腔中包括了两个镀了合适膜系的镜片，这两个镜片可以是任意焦距。两个镜片之间为优质祖母绿激光晶体。针对７３１ｎｍ激光，可在激光振荡腔后增加一个滤色镜片。由于整个系统采用的是平凹腔或对称共焦腔结构，使用的是高效的激光二极管泵浦，使其结构紧凑、泵浦阈值降低、光－光转换效率提高。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种LD泵浦祖母绿晶体激光器，尤其是整个腔型结构和半导体二极管泵浦方式。
技术介绍
祖母绿(Be3Al2Si6O18Cr3+)是一种发现较早而研究程度较弱的优秀的宽带可调激光介质。其稳定的物理化学性质吸引了多位科学家先后研究了该晶体的激光特性，国外分别使用了闪光灯(Shand M.L.，Walling J.C.IEEE J.Quant.Electr.，1982，QE-18(11)1829-1830.；Robert R.Alfano，Janusz M.Buchert，US Patent Number4464761，1984)、Q开关NdYAG发射的532nm倍频激光通过乙醇或Ba(NO3)2的受激拉曼散射产生的630nm激光(Buchert J.，Katz A.，Alfano R.R.IEEE J.QuantElectr.，1983，QE-19(10)1477-1478.)、氪离子647.1nm连续激光(Shand M.L.，LaiS.T.IEEE J.Quant.Electr.，1984，QE-20(20)105-108.；Lai S.T.J.Opt.Am.B，1987，4(8)1286-1290.)作为泵浦源，分别对助熔剂法和水热法合成的祖母绿晶体进行了激光性能的研究并实现了祖母绿的激光运转。上述研究使用的腔型结构分别如图1和图2所示。参见图1，现有的祖母绿激光器包括平面镜11、锁光板12、广谱闪光灯13、激光晶体14、水冷循环系统15、输出平凹镜16组成一个完整的谐振腔。首先打开水冷系统15，开启闪光灯电源，当闪光灯13闪光时，祖母绿激光晶体14吸收部分能量实现粒子数反转，当达到一定的阈值条件后开始在有激光束在前后反射镜之间振荡，并有一定的激光输出。这种激光器光转换效率低，对晶体产生过多的热负载，容易使晶体破损，而且无法获得连续激光输出。参见图2，现有的祖母绿激光器包括Kr离子激光泵浦源21、两个分束镜22和23、斩波器24、偏振片25、滤光片26、聚焦透镜27、全反镜28、激光晶体29、双折射滤光片30、输出镜31和宽带滤色片32组成。由Kr离子激光装置发射的647.1nm波长激光经过22和23后，到达斩波器24(斩波器24为冷却晶体使用)，经过25、26、27、28之后获得的偏振光聚焦到激光晶体29上，为了最终获得祖母绿的偏振激光和防止因晶体质量而引起脱偏现象，又在激光晶体29之后加了一个双折射滤光片30，之后祖母绿晶体发射的近红外激光在输出镜31和全反镜28之间形成振荡，最终通过输出镜输出激光。而宽带滤色片32主要是为了滤掉因输出镜21镀膜质量而输出的647.1nm红光。整个系统复杂、效率低、且体积庞大，而且只能获得准连续激光输出。该结构没有使用冷却系统，仅仅靠斩波器24是远远不够的。我国至今没有见到对祖母绿激光器研究方面的报道。随着目前LD的价格下降和生长祖母绿激光晶体技术的改进，发展LD泵浦的祖母绿激光器具有实际意义。该晶体激光器至今未被实用化的根本原因是高光学质量大尺寸单晶体生长困难和高效率的泵浦光源等，而LD泵浦下的全固态祖母绿激光器至今尚未见到报道。本专利技术是专利技术人在国家基金(项目号60278025)的支持下，开展LD泵浦下的祖母绿全固体731nm输出激光器的研究成果。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种在新型LD端泵技术下产生红外激光的LD泵浦祖母绿晶体激光器，其结构紧凑、泵浦阈值降低、光——光转换效率提高。本技术所述的LD泵浦祖母绿晶体激光器，包括一个经过光纤初步耦合的激光二极管、设置在激光二极管之后的耦合系统、激光振荡腔；所述的激光二极管作为端泵，发出高功率的经过光纤和透镜耦合后输出达到2.5瓦以上的635～670nm LD红光，作为泵浦光；所述的耦合系统是由两个等焦距的薄透镜组成；所述的激光振荡腔由前后两个反射镜和中间放置的祖母绿激光晶体组成，这两个反射镜可以是任意焦距，后反射镜是双色全反镜，镀上对泵浦光全透和对731nm波长光全反射的双色膜；前反射镜为输出镜，镀上对泵浦光全反和对731nm波长光全反射的双色膜；祖母绿激光晶体的两个端面镀上对泵浦光增透的膜层。上述输出镜所镀的双色膜，对731nm波长光的反射率为98.5％，对635～670nm波长光的反射率理论上为100％。所述的祖母绿激光棒为温差水热法生长的祖母绿激光晶体，经过定向切割和光学加工，晶体适用长度在5～10mm之间，断面大小在4mm×4mm。所述的激光振荡腔可以是平凹腔也可以是对称共焦腔。激光振荡腔长度在10到20mm之间。所述的激光振荡腔3后增加一个单色660nm滤色镜片4，经过光学调节与准直后可获得731nm的激光自由连续输出。本技术所述的LD泵浦祖母绿晶体激光器，首次使用了高效率的激光二极管、耦合系统和高效率的稳定腔以及高质量的水热法生长的祖母绿激光晶体，实现了全固态近红外激光自由运转。本技术基于祖母绿激光晶体中铬离子4T2→4A2宽带辐射跃迁产生的0.680微米到0.780微米之间的红外激光，主波长位置在731nm，从而首次实现LD泵浦下的祖母绿激光运转。同现有技术对比，本技术具有以下优点(1)高效稳定的小型腔结构使激光输出更容易；(2)高功率激光二极管的使用及其端面泵浦方式将有利于减小激光热效应和提高晶体的吸收效率，有利于全固化和激光稳定性的提高；(3)731nm激光的稳定输出将为今后倍频获得紫外光输出提供合适的光源。附图说明图1是早期US Patent Number4464761上的结构图。图2是公开文章(Lai S.T.，J.Opt.Am.B，1987，4(8)1286-1290.)中使用的腔型结构示意图。图3是本技术的结构示意图。具体实施方式本技术所述的LD泵浦祖母绿晶体激光器，包括一个经过光纤初步耦合的激光二极管1、设置在激光二极管1之后的耦合系统2、激光振荡腔3；所述的激光二极管1作为端泵，发出高功率的经过光纤和透镜耦合后输出达到2.5瓦以上的635～670nm LD红光，作为泵浦光；所述的耦合系统是由两个等焦距的薄透镜201、202组成；所述的激光振荡腔3由前后两个反射镜301、303和中间放置的祖母绿激光晶体302组成，这两个反射镜可以是任意焦距，后反射镜301是双色全反镜，镀上对泵浦光全透和对731nm波长光全反射的双色膜；前反射镜303为输出镜，镀上对泵浦光全反和对731nm波长光全反射的双色膜；祖母绿激光晶体302的两个端面镀上对泵浦光增透的膜层。如图3所示，以LD端面泵浦和平凹腔为例使用660nm LD经过光纤耦合输出并经过标准透镜聚焦系统2，其中透镜焦距为5cm，之后660nm激光进入激光振荡腔系统3。首先透过平面镜301后聚焦到祖母绿激光晶体302上。平面镜301镀双色介质膜，即对660nm激光高透和对731nm激光高反。激光晶体302长度为10mm，Cr的含量为2atm％，两边镀660nm增透膜，聚焦透镜系统的焦点在晶体中间。对于输出镜303镀上731nm(透过率为1.2％)和660nm(尽可能100％全反)双色介质膜，这样整个系统就可以形成激光振荡。为了防止输出镜303对660nm漏光，如图3所示，在输出镜303之后增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＬＤ泵浦祖母绿晶体激光器，其特征在于：包括一个经过光纤初步耦合的激光二极管（１）、设置在激光二极管（１）之后的耦合系统（２）、激光振荡腔（３）；所述的激光二极管（１）作为端泵，发出高功率的经过光纤和透镜耦合后输出达到２．５瓦以上 的６３５～６７０ｎｍＬＤ红光，作为泵浦光；所述的耦合系统是由两个等焦距的薄透镜（２０１、２０２）组成；所述的激光振荡腔（３）由前后两个反射镜（３０１、３０３）和中间放置的祖母绿激光晶体（３０２）组成，这两个反射镜可以是任 意焦距，后反射镜（３０１）是双色全反镜，镀上对泵浦光全透和对７３１ｎｍ波长光全反射的双色膜；前反射镜（３０３）为输出镜，镀上对泵浦光全反和对７３１ｎｍ波长光全反射的双色膜；祖母绿激光晶体（３０２）的两个端面镀上对泵浦光增透的膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振强，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]