专利名称：半导体泵浦的单模绿光激光器的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种固体倍频激光器，特别是涉及一种用半导体激光泵浦的单模大功率倍频绿光激光器。
背景技术：
传统上绝大部分固体激光器件和激光加工机均为灯泵浦的激光器。泵浦灯多为从紫外到红外的连续宽光谱发光源，而激光介质，如Nd:YAG(渗釹离子釔铝石榴石的简称)的吸收峰为560-600nm、720-770nm和780-820nm三个窄波段，因此，大量未被吸收的泵浦光会加热Nd:YAG棒和泵浦腔体，使得Nd:YAG形成严重且不稳定的热透镜效应。纵向不稳定热透镜效应使激光产生多模，脉冲宽度展宽和功率不稳定；横向热透镜效应使固体激光介质产生大的热梯度，形成切向和径向应力双折射效应，使激光偏振态不稳定甚至退偏，导致激光输出效率下降、功率降低和不稳定。此外，灯泵浦的效率低，需要大功率电源和大容量冷水机，温控的起伏又造成激光输出的不稳定。
近几年来，随着大功率半导体激光二极管列阵制造技术的日益成熟，使得半导体激光用作固体激光器的泵浦光源成为可能。半导体二极管列阵发射的激光光谱宽度为2.2nm，温漂为0.25nm/℃，并可通过温控把二极管激光光谱调到Nd:YAG最强吸收波段的中心光谱λc＝807.6±2nm，而在此波段Nd:YAG的吸收谱线宽度为2nm，即二极管激光泵浦光可被Nd:YAG全吸收。相比灯泵浦，激光二极管泵浦可大大降低Nd:YAG的热透镜效应和激光器的热致不稳定性。同时，由于激光二极管泵浦效率高，节省了电源用电量，缩小了冷水机的容量，从而减小了激光整机的体积和重量。由于水温控制精度可达到0.1℃，又大大提高了激光输出的稳定性。
更进一步，伴随着激光非线性晶体生长技术的发展，目前，全固态高功率固体激光器件及其在金属打标、加工、晶圆片打标、切割、精细微加工、IC电路和元件修复、同位素分离、生物粒子探测、PCB(印刷线路板的简称)制造、TFT(液晶显示器的简称)切割和激光演示等领域的应用发展极为迅速。据中国南方深圳的大族激光公司报道，该公司已发展了连续5-10W绿光、调Q 15-60W绿光和调Q 6W紫外固体激光器。但是，还未解决光束质量、稳定性和激光腔外光束调制问题。
另一方面，目前高功率谐波固体激光产品多数采用激光腔内倍频技术。利用固体介质的热透镜效应或附加腔内插入透镜，形成聚焦的高功率密度基波，作用在非线性谐波晶体上，产生高效率倍频激光。这种方法结构简单、工作稳定、谐波转换效率高，可获得高功率绿光输出。但由于强聚焦作用，诱发了腔内大量高阶模振荡，使光束发散度增加，光束质量变差，一般M2＝10-20。所以，谐波激光在精细加工应用上受到一定限制。
发明内容
本实用新型的目的，是设计一种由半导体激光泵浦的单模倍频绿光激光器，其输出稳定，光束质量和倍频效率高，工业应用性强，并且易于将激光输出扩展到三倍频的紫外波段。本实用新型的技术方案如下一种大功率半导体泵浦的单模绿光激光器，采用半导体激光泵浦，包括1064nm基波激光介质，光泵装置，由包括平、凸镜片组组成的激光谐振腔、调Q开关以及倍频晶体，其特征在于在该激光谐振腔的平、凸镜片组内还设有一对由镜片2和镜片3组成一扩孔望远镜的镜片，连同该平、凸镜片一起构成“Z”型腔结构，并且，所述扩孔望远镜的扩束端面向激光介质5，而其缩孔端则向着倍频晶体8。由图1可知，本实用新型绿光激光器包括固体激光介质5，由激光二极管构成的光泵装置6，由镜片1-4组成的激光谐振腔，调Q开关装置7以及倍频晶体8和起偏器9等组成。从激光二极管发出的光泵光耦合到激光介质5上，激光在谐振腔内受激放大，产生的高功率密度腔内基波作用到倍频晶体8上，形成高功率高密度的倍频绿光激光输出。其中固体激光介质5采用的是能产生波长为1064nm激光的介质，因此通过倍频就可以得到所需的绿光(532nm)输出；光泵装置6的光源采用激光二极管阵列10，包括九个半导体激光二极管，分成为三个线列阵，对称环绕激光介质5；镜片1、镜片2、镜片3和镜片4组成的激光器谐振腔，如图1所示，设计成“Z”型结构，分别是镜片1为0°1064nm全反射凸镜，镜片2为15°1064nm全反射凹镜，镜片3为15°1064nm全反射和532nm高透射的凹镜，镜片4为0°1064nm，532nm双色全反射平镜。特点在于构成“Z”型腔中间斜臂光路的是镜片2和镜片3；位于谐振腔中的镜片2和镜片3构成一定倍率的扩孔望远镜，这样的特殊腔结构可以很好地在很大的激光二极管光泵电流范围(0-25A)内达到基模振荡，提高光束质量；本实用新型中的扩孔望远镜的扩束端面向激光介质5，以增加基模体积；其缩孔端指向非线性晶体8，为准平行光束；倍频晶体8设于镜片3、4之间，是一种1064nm基波二倍频晶体，在本发明中采用的是1类LBO，LBO放置在基波激光的光腰处，两个垂直线偏振基波光子在LBO晶体中合成为一个水平线偏振二次谐波光子，从而用双向双程腔内倍频方式得到高功率谐波激光，单向透过镜片3输出；调Q开关装置7在本实用新型中采用的是高频声光衍射开关；起偏器9为垂直方向放置的57°平行玻璃平板，两面不镀膜；本实用新型在激光腔内设计了三个光腰，可兼容高功率二倍频绿光和三倍频紫外光产生。光腰的直径也比通常的要小，因此，将二倍频晶体放在基波光腰处，高功率密度基波将产生高转换谐波效率。
本实用新型绿光激光器的积极效果有三点(1)由于采用扩束的腔体结构，可以平衡固体激光介质的热透镜效应，达到大尺度的基模振荡，从而提高了激光光束质量；(2)本实用新型设计的扩束腔的扩束端面向固体激光介质，而缩孔端指向非线性倍频晶体，从而可增加激光介质内的基模体积以及提高非线性晶体的倍频效率；(3)由于本实用新型“Z”型腔内可设有三个光腰，因而可兼容高功率二倍频绿光和三倍频紫外光产生。
图1是本实用新型半导体泵浦的单模绿光激光器的光路图，图2是本实用新型半导体泵浦的单模绿光激光器的半导体激光光泵腔体结构示意图。
附图中各图例标记分别表示如下的意思1----镜片 2----镜片3----镜片 4----镜片5----激光介质 6----光泵装置7----调Q开关 8----倍频晶体9----起偏器10----激光二极管阵列 11----Nd:YAG棒具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型半导体泵浦的单模绿光激光器的光路原理图作进一步的说明由图1可知，本实施例半导体泵浦的单模绿光激光器包括固体激光介质5，由激光二极管构成的光泵8等组成。从激光二极管发出的光泵光耦合到激光介质5上，激光在装置6，由镜片1-4组成的激光谐振腔，调Q开关装置7以及倍频晶体谐振腔内受激放大，产生的高功率密度腔内基波作用到倍频晶体8上，形成高功率高密度的倍频绿光激光输出。下面对各部件作进一步的详述
固体激光介质5在本实施例中采用的是能产生波长为1064nm激光的介质，因此通过倍频就可以得到所需的绿光(532nm)输出。本实施例中，激光介质5采用的是Nd:YAG棒11，其中Nd的浓度为0.6％，棒的尺寸为Φ2mm×63mm，并且在Nd:YAG棒11的两端面镀有1064nm的增透膜。
光泵装置6的光源采用激光二极管阵列10，在本实施例中，激光二极管阵列10包括九个连续功率为17W的半导体激光二极管，分成为三个线列阵，对称环绕Nd:YAG棒11，其总功率可达153W。图2显示的是本激光光泵腔的结构实例。
本实施例激光器的谐振腔由镜片1-4组成，并且，如图1所示，设计成“Z”型结构。在本实施例中，镜片1为0°1064nm全反射凸镜，镜片2为15°1064nm全反射凹镜，镜片3为15°1064nm全反射和532nm高透射的凹镜，镜片4为0°1064nm，532nm双色全反射平镜。特别指出的是构成“Z”型腔中间斜臂光路的镜片2、3组成一个扩缩望远镜，其扩孔端面向激光介质5，而其缩孔端则面向倍频晶体8。
位于谐振腔中的镜片2和镜片3构成一定倍率的扩孔望远镜，这样的特殊腔结构可以很好地在很大的激光二极管光泵电流范围(0-25A)内达到基模振荡，提高光束质量，使TEM模在激活介质内的直径达到φ1.87mm，几乎充满直径φ2mm的Nd:YAG棒11。绿光光束的M平方因子为1.14。而国际同类商用激光器的M平方因子一般在4-10，光束质量提高4-8倍。
本实施例中的扩孔望远镜的扩孔端面向激光介质5，以增加基模体积；其缩孔端指向倍频晶体8，为准平行光束，光束直径为φ0.6mm，发散角为2.2mrd，在倍频晶体8上的基波功率密度是通常商用同类器件的2倍，基波对倍频晶体8的入射角远小于通常聚焦光束或光腰光束对倍频晶体8的入射角，使倍频效率高达90％，比通常的腔内倍频效率高50％。
倍频晶体8设于镜片3、4之间，是一种1064nm基波二倍频晶体，在本实施例中采用的是1类LBO，按θ＝90°，＝11.4°切割，尺寸为4mm×4mm×12mm(HWL)，两端面镀1064nm和532nm增透膜。LBO放置在基波激光的光腰处，两个垂直线偏振基波光子在LBO晶体中合成为一个水平线偏振二次谐波光子，从而用双向双程腔内倍频方式得到高功率谐波激光，单向透过镜片3输出。LBO按室温25℃匹配切割，需冷却、温控。
本实施例的倍频晶体8采用LBO，在高功率密度基波作用下，有很高的倍频转换效率，且其损伤阈值是KTP的5倍，对光的吸收比KTP小一倍，有利于提高绿光的稳定性。
调Q开关装置7在本实施例中采用的是高频声光衍射开关，其射频功率40W，频率范围27-51MHz，射频阻抗为50欧姆。
起偏器9为垂直方向放置的57°平行玻璃平板，两面不镀膜。
本实施例在激光腔内设计了三个光腰，可兼容高功率二倍频绿光和三倍频紫外光产生。光腰的直径也比通常的要小，因此，将二倍频晶体放在基波光腰处，高功率密度基波将产生高转换谐波效率。
权利要求1.一种半导体泵浦的单模绿光激光器，采用半导体激光泵浦，包括1064nm基波激光介质、光泵装置，由包括平、凸镜片组组成的激光谐振腔、调Q开关装置以及倍频晶体，其特征在于在该激光谐振腔的平、凸镜片组内还设有一对镜片[2]和镜片[3]组成一扩孔望远镜的镜片，连同该组平、凸镜片一起构成“Z”型腔结构，并且，所述扩孔望远镜的扩束端面向激光介质[5]，而其缩孔端则向着倍频晶体[8]。
2.根据权利要求1所述的半导体泵浦的单模绿光激光器，其特征在于所述的包括平、凸镜片组组成的激光谐振腔内构成的“Z”型腔结构可设有三个光腰。
3.根据权利要求1所述的半导体泵浦的单模绿光激光器，其特征在于所述两扩孔望远镜镜片[2]和镜片[3]之间形成所述“Z”型腔中间斜臂光路，其中镜片[2]为镀1064nm全反射凹镜，镜片[3]为镀1064nm全反射和镀532nm高透射凹镜。
4.根据权利要求1所述的半导体泵浦的单模绿光激光器，其特征在于所述的光泵装置包括九个半导体激光二极管，分成三个激光二极管阵列[10]，对称环绕激光介质[5]。
5.根据权利要求1所述的半导体泵浦的单模绿光激光器，其特征在于所述倍频晶体[8]是1类LBO。
6.根据权利要求1所述的半导体泵浦的单模绿光激光器，其特征在于所述倍频晶体[8]位于谐振腔内激光基波的光腰处。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率半导体泵浦单模倍频绿光激光器，采用半导体激光泵浦，包括1064nm基波激光介质，光泵装置，由平、凸镜片组组成的激光谐振腔、调Q开关装置以及倍频晶体，其中，在该平、凸镜片组组成的谐振腔内还设有一对组成一扩孔望远镜的镜片，连同该平、凸镜片组一起构成“Z”型腔结构，并且，所述扩孔望远镜的扩束端面向激光介质，而其缩孔端则向着倍频晶体，本实用新型的积极效果可以提高激光光束质量、提高非线性晶体的倍频效率，还可兼容高功率二倍频绿光和三倍频紫外光产生。
文档编号H01S3/0941GK2833967SQ20052004190
公开日2006年11月1日 申请日期2005年5月26日 优先权日2005年5月26日
发明者金英杰, 施伟 申请人:上海致凯捷激光科技有限公司