[發明專利]一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器

無效

• 申請號: 200910273398.5
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101777726A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 劉良清;王鋒
• 申請（專利權）人: 武漢凌云光電科技有限責任公司
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/0941;H01S3/081;H01S3/10
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于激光技術領域，特別是一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器。

技術背景

紫外激光器一直是固體激光器領域的技術難點，但因其在很多實際應用中有廣泛的需求，所以紫外激光器已成為人們研究的熱點。目前市場上大部分的端面泵浦紫外激光器都是腔內和頻方式。這種方式結構緊湊，光束質量較好，效率較高；基于端面泵浦技術的紫外激光器大多采用腔內倍頻、和頻的方式實現，可以利用腔內的高功率密度獲得較大的紫外激光輸出，但是這種方式仍然不能將倍頻激光完全轉化為紫外激光，剩余的倍頻激光容易造成腔內元件的損壞，影響激光器的穩定性。為了滿足對不同材料選擇性的加工，通常需要不同波長的激光器。尤其是需要倍頻激光和紫外激光交替加工時，不得不使用兩臺激光器交替使用。系統復雜性較高，不僅增加了成本，還增加了工序。利用棱鏡分光的方式將倍頻激光和紫外激光輸出腔外的方法，可得到較為純凈的紫外激光和倍頻激光，但由于一般材料的色散角度并不很大，要將基頻激光、倍頻激光和紫外激光分離必須增大傳播距離，從而增加了系統的體積。同時棱鏡角度調整比較敏感，容易使諧振腔失調，對機械固定精度要求較高。另外，單個棱鏡會使原本圓形激光束變成橢圓的激光束，因此還得使用棱鏡對補償像差。

發明內容

本發明的目的正是為了解決上述現有技術中所存在的諸如穩定性較差、利用效率不足和光束質量較差等問題而提供的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器。該激光器結構靈活簡單，采用雙次諧波分離技術，將倍頻激光和紫外激光分別輸出。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，其原理是：利用對稱折疊腔以減小熱透鏡效應的影響，同時利用耦合系統實現泵浦光束在激光晶體內的束腰和位置與振蕩基頻激光的基模尺寸相匹配，使得大部分泵浦能量轉換為基模振蕩，從而使輸出基頻光獲得較好的光束質量和較高的功率穩定性。利用激光諧振腔內放置的調Q開關，獲得高重復頻率和短脈沖寬度的近基模基頻激光，基頻激光通過放置在腔內的倍頻晶體，產生綠光二次諧波；剩余的基頻激光和綠光二次諧波再經過放置在腔內的和頻晶體，產生三次諧波紫外激光。然后，放置在腔內的諧波分離鏡將三次諧波紫外激光反射輸出，而透過基頻激光和倍頻激光。剩余的倍頻激光通過組成諧振腔的一個腔鏡輸出，可與紫外激光形成雙路輸出。

一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，它包括激光泵浦源(1)、光學耦合系統、激光諧振腔、激光晶體(8)、調Q開關(9)、倍頻晶體(11)、和頻晶體(12)、諧波分離鏡(6、13)、轉向鏡，其特征是，激光諧振腔為“V”型或“L”型或“Z”型折疊腔結構，以“V”型折疊腔為例，其光路成“V”形，沿基頻光(10)光路由全反鏡(7)，腔鏡(5)和諧波分離鏡(6)構成；倍頻晶體(11)、和頻晶體(12)、激光晶體(8)、諧波分離鏡(13)和調Q開關(9)放置在諧振腔內；轉向鏡(14、16、17)放置在諧振腔外；由激光泵浦源(1)產生的泵浦光(2)通過光學傳輸和耦合系統的準直聚焦，再經過“V”型折疊腔拐角處的腔鏡(5)入射到激光晶體(8)內部并被激光晶體(8)充分吸收；諧振腔的振蕩閾值由放置在諧振腔內的調Q開關(9)調制，然后形成脈沖輸出的基頻激光(10)；基頻激光(10)經過倍頻晶體(11)產生倍頻綠光，剩余的基頻激光和倍頻綠光再經過和頻晶體(12)產生紫外激光(15)；紫外激光(15)經過諧波分離鏡(13)和轉向鏡(14)調整輸出方向；剩余的倍頻綠光(18)經過諧波分離鏡(6)和轉向鏡(16、17)調整輸出方向。

本發明所述的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，其激光諧振腔為“V”型或“L”型或“Z”型折疊腔結構，分別如圖1、圖5、圖6所示。

本發明所述的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，其諧波分離鏡(13)為45度紫外激光全反鏡，并透過基頻激光和倍頻激光；諧波分離鏡(6)為0度基頻激光全反鏡，并透過倍頻激光。

本發明所述的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，其激光泵浦源為半導體激光二極管，可以是一個泵浦源單端泵浦——如圖1和圖5所示，也可以是兩個泵浦源雙端泵浦，如圖6所示；泵浦源可以是光纖耦合模塊——如圖3所示，也可以是Bar條直接泵浦——如圖4所示。

本發明所述的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，其折疊腔可以等效為線性直腔結構，激光晶體吸收泵浦光源的一部分能量將轉化為熱量，經過冷卻在晶體內部形成非均勻溫度分布，其效果等效為一個聚焦透鏡，稱為熱透鏡效應。

本發明所述的一種二極管端面泵浦全固態紫外激光器，其放置在腔內的調Q開關(9)為聲光調Q器件或電光調Q器件或被動調Q器件。