一种双频激光装置及系统制造方法及图纸

本申请涉及双频激光技术领域。一种双频激光装置及系统，一种双频激光装置包括：谐振腔，设置在其下游光路上的偏振调谐模块；谐振腔内包括第一谐振腔和第二谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔的光路呈正交排布，构成T型共谐振腔结构；第一谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第一腔镜和第一激光晶体模块；第二谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第二腔镜和第二激光晶体模块；第一谐振腔和第二谐振腔还包括共用的第一偏振分光棱镜和输出腔镜；在第一谐振腔和第二谐振腔的工作点分别由第一稳区进入第二稳区的情况下，双频激光装置的工作点为第一谐振腔和第二谐振腔的工作曲线在第二稳区的交汇点。提高双频激光稳定性，频差可达到0.476 THz。THz。THz。

【技术实现步骤摘要】
一种双频激光装置及系统


[0001]本申请涉及双频激光
，尤其涉及一种双频激光装置及系统。

技术介绍

[0002]双波长激光在医疗诊断、激光雷达，特别是太赫兹波产生领域具有巨大应用潜力。对于双波长的激光来说，核心参数如输出功率、频差以及偏振特性成为影响双波长激光性能的重要指标。通常，形成双波长激光的技术中，采用Nd:YVO4微片激光器能产生稳定的双波长（dual
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wavelength, DWL）激光。但是，对于Nd:YVO4微片激光器来说，受到增益介质发射截面光谱带宽的限制，通常频差（frequency separation）会小于0.15THz。
[0003]为了克服这一技术问题，一般采用的方案是基于Nd：YLF晶体，并采用双波长的波分复用器等器件，能够实现1064 nm和1053 nm激光输出，此种方案在实施过程中，由于两种波长增益竞争问题会限制功率输出在1W量级，并且输出功率的稳定性差，无法实现更高量级的功率输出。另一种方案是基于Nd:YVO4和Nd:GdVO4组合晶体的方案，组合晶体在实际的实施过程中，存在着明显的空间烧孔效应，虽然功率输出得到提升，但是会伴随更强的热效应产生，此种热效应会严重影响晶体的使用寿命。
[0004]基于上述原因，亟需一种能够实现较大频差，且能够稳定的更高功率输出的双频激光装置。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种双频激光装置及系统，用于解决现有技术中双频激光的频差小，输出功率低的问题。
[0006]本申请公开了一种双频激光装置，用于产生1064nm和1063nm双频激光，包括：谐振腔，以及设置在所述谐振腔下游光路上的偏振调谐模块；所述谐振腔内包括第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的光路呈正交排布，且构成T型共谐振腔结构；其中，所述第一谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第一腔镜和第一激光晶体模块；所述第二谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第二腔镜和第二激光晶体模块；所述第一谐振腔和所述第二谐振腔还包括共用的第一偏振分光棱镜和输出腔镜；其中：所述第一腔镜，用于将射向其的第一泵浦光，以及激光透射至所述第一激光晶体模块，并反射波长为1064nm和波长为1063nm的激光；所述第一激光晶体模块，用于为产生1064nm激光提供增益介质，形成第一激光，并射向所述第一偏振分光棱镜；所述第二腔镜，用于将射向其的第二泵浦光，以及激光透射至所述第二激光晶体模块，并反射波长为1064nm和波长为1063nm的激光；所述第二激光晶体模块，用于为产生1063nm激光提供增益介质，形成第二激光，并射向所述第一偏振分光棱镜；
所述第一偏振分光棱镜，设置在所述第一激光晶体模块和所述第二激光晶体模块的下游光路上，用于将所述第一激光中的S偏振态的激光反射以及将所述第二激光中的P偏振态的激光透射，形成第三激光，输出至所述输出腔镜；所述偏振调谐模块，设置在所述输出腔镜的下游光路上，用于将所述第三激光出至指定位置，且能调整第三激光的偏振态；其中：谐振腔包括以所述输出腔镜作为参考面，确定的稳定腔，所述稳定腔包括第一稳区和第二稳区，在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的工作点分别由所述第一稳区进入所述第二稳区的情况下，所述双频激光装置的工作点为所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的工作曲线在所述第二稳区的交汇点。
[0007]可实施的一种方式中，在所述第一腔镜的上游光路上，沿光的输出方向依次设有第一半导体泵浦、第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一45
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全反镜；所述第一半导体泵浦，用于向所述第一平凸透镜射出所述第一泵浦光；所述第一平凸透镜和所述第二平凸透镜构成4F光学系统，用于对所述第一泵浦光整形，并将整形后的所述第一泵浦光射向所述第一45
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全反镜；所述第一45
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全反镜，用于将所述第一泵浦光反射至所述第一腔镜。
[0008]可实施的一种方式中，所述第二腔镜的上游光路上，沿光的输出方向依次设有第二半导体泵浦、第三平凸透镜、第四平凸透镜和第二45
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全反镜；所述第二半导体泵浦，用于向所述第三平凸透镜射出所述第二泵浦光；所述第三平凸透镜和所述第四平凸透镜构成4F光学系统，用于对所述第二泵浦光整形，并将整形后的所述第二泵浦光射向所述第二45
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全反镜；所述第二45
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全反镜，用于将所述第二泵浦光反射至所述第二腔镜。
[0009]可实施的一种方式中，所述稳定腔基于所述第一谐振腔设计，所述稳定腔的结构和参数通过如下方式确定：建立所述第一谐振腔的abcd矩阵：；对应所述第一谐振腔的ABCD矩阵公式为：；；；；；
；；其中，为所述第一腔镜与所述第一激光晶体模块中心之间的距离，为第一激光晶体模块的热透镜焦距，为所述输出腔镜与所述第一激光晶体模块等效热透镜中心之间距离，为所述第一腔镜的曲率半径，为所述输出腔镜的曲率半径，为；所述稳定腔的稳定条件为，所述稳定腔的稳定条件用于得出所述谐振腔的稳区图和所述第一激光工作状态的运动曲线。
[0010]可实施的一种方式中，所述稳定腔基于所述第二谐振腔设计，所述稳定腔的结构和参数通过如下方式确定：建立所述第二谐振腔的abcd矩阵：；对应所述第二谐振腔的ABCD矩阵公式为：；；；；；；；其中，为所述第二腔镜与所述第二激光晶体模块中心之间的距离，为第二激光晶体模块的热透镜焦距，为所述输出腔镜与所述第二激光晶体模块等效热透镜中心之间距离，为所述第二腔镜的曲率半径，为所述输出腔镜的曲率半径，为；所述稳定腔的稳定条件为，所述稳定腔的稳定条件用于得出所述谐振腔的稳区图和所述第二激光工作状态的运动曲线，所述双频激光装置的工作点为所述第二激光工作状态的运动曲线与所述第一激光工作状态的运动曲线的交汇点。
[0011]可实施的一种方式中，所述第一激光晶体模块包括Nd:YVO4键合晶体；所述第二激光晶体模块包括Nd:GdVO4键合晶体。
[0012]可实施的一种方式中，所述第一激光晶体模块和第二激光晶体模块均包括金属热沉结构、半导体制冷器和热沉底座，所述半导体制冷器的上表面与所述金属热沉结构贴合，
下表面与所述热沉底座贴合；所述Nd:YVO4键合晶体和Nd:GdVO4键合晶体表面均采用铟箔包裹，并通过铟箔分别与所述金属热沉结构内壁紧密贴合，所述Nd:YVO4键合晶体和Nd:GdVO4键合晶体将工作产生的废热传递至所述金属热沉结构；所述半导体制冷器，用于将金属热沉结构的废热由所述上表面传递至所述下表面；所述热沉底座，用于转移所述下表面的废热。
[0013]可实施的一种方式中，所述偏振调谐模块包括沿光输出方向依次设置的半波片和第二偏振分光棱镜，以及沿所述第二偏振分光棱镜的反射方向依次设置的第三45
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全反镜、第一带通滤波器和第一激光输出端口，沿所述第二偏振分光棱镜的透射方向依次设置的第二带通滤波器和第二激光输出端口，以及设置在所述第一带通滤波器下游光路上的第一激光吸收器，设置在所述第二带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频激光装置，用于产生1064nm和1063nm双频激光，其特征在于，包括：谐振腔，以及设置在所述谐振腔下游光路上的偏振调谐模块；所述谐振腔内包括第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的光路呈正交排布，且构成T型共谐振腔结构；其中，所述第一谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第一腔镜和第一激光晶体模块；所述第二谐振腔包括沿光的输出方向依次设置的第二腔镜和第二激光晶体模块；所述第一谐振腔和所述第二谐振腔还包括共用的第一偏振分光棱镜和输出腔镜；其中，所述第一腔镜，用于将射向其的第一泵浦光，以及激光透射至所述第一激光晶体模块，并反射波长为1064nm和波长为1063nm的激光；所述第一激光晶体模块，用于为产生1064nm激光提供增益介质，形成第一激光，并射向所述第一偏振分光棱镜；所述第二腔镜，用于将射向其的第二泵浦光，以及激光透射至所述第二激光晶体模块，并反射波长为1064nm和波长为1063nm的激光；所述第二激光晶体模块，用于为产生1063nm激光提供增益介质，形成第二激光，并射向所述第一偏振分光棱镜；所述第一偏振分光棱镜，设置在所述第一激光晶体模块和所述第二激光晶体模块的下游光路上，用于将所述第一激光中的S偏振态的激光反射以及将所述第二激光中的P偏振态的激光透射，形成第三激光，输出至所述输出腔镜；所述偏振调谐模块，设置在所述输出腔镜的下游光路上，用于将所述第三激光出至指定位置，且能调整第三激光的偏振态；其中，谐振腔包括以所述输出腔镜作为参考面，确定的稳定腔，所述稳定腔包括第一稳区和第二稳区，在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的工作点分别由所述第一稳区进入所述第二稳区的情况下，所述双频激光装置的工作点为第一谐振腔和第二谐振腔的工作曲线在所述第二稳区的交汇点。2.如权利要求1所述的双频激光装置，其特征在于，在所述第一腔镜的上游光路上，沿光的输出方向依次设有第一半导体泵浦、第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一45
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全反镜；所述第一半导体泵浦，用于向所述第一平凸透镜射出所述第一泵浦光；所述第一平凸透镜和所述第二平凸透镜构成4F光学系统，用于对所述第一泵浦光整形，并将整形后的所述第一泵浦光射向所述第一45
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全反镜；所述第一45
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全反镜，用于将所述第一泵浦光反射至所述第一腔镜。3.如权利要求1所述的双频激光装置，其特征在于，所述第二腔镜的上游光路上，沿光的输出方向依次设有第二半导体泵浦、第三平凸透镜、第四平凸透镜和第二45
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全反镜；所述第二半导体泵浦，用于向所述第三平凸透镜射出所述第二泵浦光；所述第三平凸透镜和所述第四平凸透镜构成4F光学系统，用于对所述第二泵浦光整形，并将整形后的所述第二泵浦光射向所述第二45
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全反镜；所述第二45
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全反镜，用于将所述第二泵浦光反射至所述第二腔镜。4.如权利要求1所述的双频激光装置，其特征在于，所述稳定腔基于所述第一谐振腔设计，所述稳定腔的结构和参数通过如下方式确定：建立所述第一谐振腔abcd矩阵：
；对应所述第一谐振腔的ABCD矩阵公式为：；；；；；；；其中，为所述第一腔镜与所述第一激光晶体模块中心之间的距离，为第一激光晶体模块的热透镜焦距，为所述输出腔镜与所述第一激光晶体模块等效热透镜中心之间距离，为所述第一腔镜的曲率半径，为所述输出腔镜的曲率半径，为；所述稳定腔的稳定条件为，所述稳定腔的稳定条件用于得出所述谐振腔的稳区图和所述第一激光工作状态的运动曲线。5.如权利要求4所述的双频激光装置，其特征在于，所述稳定腔基于所述第二谐振腔设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫炜，张玉萍，张会云，刘蒙，李照鑫，张峰，杨进傲，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：