[發明專利]一種基于自倍頻激光晶體的單頻可見光激光器

有效

• 申請號: 201010299206.0
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102025100A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 王繼揚;張懷金;于浩海;王正平;蔣民華;許祖彥;宗楠;彭欽軍
• 申請（專利權）人: 山東大學;中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/06;H01S3/109;H01S3/0941
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及一種全固態激光領域，特別涉及一種基于自倍頻激光晶體的全固體單頻可見光激光器。

背景技術

全固態單頻激光器具有穩定性高、能量更集中、相干性更好等特點，是喇曼光譜儀、基因分析、光頻標準、相干光通信、激光光譜技術、精密測量、激光雷達等關鍵的光源。自倍頻激光晶體就是將晶體的激光與非線性(倍頻以及合頻)激光性能結合于一體，實現了其功能的復合。而將介質膜鍍于晶體的表面，采用微片的形式實現激光輸出，可以使激光器的尺寸大大降低(毫米量級)，更是實現了功能晶體的小型化、復合化以及材料器件一體化的特點。

根據激光原理，激光的頻率主要由縱模(頻率的縱向分布)和橫模(頻率的橫向分布)決定。對于端面泵浦的激光器來說，單橫模的獲得比較容易，其模式變化可以通過肉眼直接看出來。一般在功率較低(小于1W)、熱效應不明顯的情況下，單橫模會首先達到閾值，進行起振，即便是在高功率下，也可以通過調節晶體角度、聚焦的距離或通過小孔限制高階橫模的起振，實現單橫模輸出。由于單橫模較易實現，因此對于單頻激光器的獲得，其關鍵因素是單縱模的實現。

目前單頻激光器的獲得，主要是由：在諧振腔中加入法布里一珀羅標準具或者雙折射濾波器通過選頻獲得，或者通過設計單塊非平面環形腔或者微腔進行獲得。其中通過微腔[LD泵浦的全固體單頻激光技術，高蘭蘭、檀慧明，激光與激光技術，11，(2002)8-11.]進行直接獲得，是結構最為簡單、操作最為容易的獲得方式。其設計原理是：通過減小腔長、增大諧振腔的縱模間隔使其與激光晶體的增益曲線的帶寬相當，使處于增益中心的頻率成分會首先起振，而處于增益曲線邊緣的頻率成分由于達不到閾值條件而得到抑制，使激光器實現單頻輸出。基于單頻微腔激光器的可見光的獲得，一般需用兩塊晶體，一塊為激光晶體(應用較多的是Nd:YVO₄)、一塊為非線性(倍頻或者合頻)(應用較多的是KTP，LBO等)晶體，這樣的實現方式具有以下明顯的缺點：(1)尺寸大，使得縱模間隔變小，難以獲得單頻激光輸出；(2)操作復雜，在實現非線性激光輸出時，激光晶體和非線性晶體的位置、角度等都需要進行優化，使之匹配；(3)制作工藝復雜，在實現單頻可見激光輸出時，由于需要用兩塊晶體(激光晶體和非線性晶體)，該兩種晶體的生長與加工方法以及鍍膜方式等都存在差異，所以制作工藝相對較為復雜，從而使得價格也較高。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前單頻可見激光的重要需求，以及目前該類激光器存在的問題，從而提供一種使用一塊自倍頻激光晶體，并沿該晶體倍頻相位匹配方向加工成片狀，利用泵浦源泵浦自倍頻晶體，通過自倍頻晶體中的激光與非線性轉換，直接實現單頻可見激光輸出的單頻可見光激光器。該單頻可見光激光器是用一塊自倍頻晶體取代原有的激光和非線性兩種晶體，從而使其尺寸變小，可以在加工條件允許的情況下，做到亞毫米量級；進行非線性輸出時，只需對該自倍頻材料進行調整即可，操作簡單；制作時只對本自倍頻晶體進行加工，制作工藝簡單，導致價格也相對便宜。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明提供的單頻可見光激光器，包括泵浦源和激光晶體，其中，所述的泵浦源輸出光前方光路上設置所述激光晶體；其特征在于，所述的激光晶體為一塊自倍頻激光晶體，所述的自倍頻激光晶體是沿該晶體I類倍頻相位匹配方向加工成厚度0.1-1mm的片狀，所述的片狀的自倍頻激光晶體兩端面為通光面，該自倍頻激光晶體的入射端面鍍以對泵浦光增透，且對基頻光和倍頻光高反的介質膜；在自倍頻晶體的激光輸出端面上鍍對泵浦光和基頻光高反，且對倍頻光波段高透的介質膜；所述的泵浦源的發射中心波長為自倍頻晶體的吸收波長，泵浦光從自倍頻晶體入射端面注入自倍頻晶體中，泵浦光功率達到閾值后，由自倍頻晶體直接輸出單頻可見激光。

在上述的技術方案中，還包括一LD光學耦合部件，所述的LD光學耦合部件設置在泵浦源和自倍頻晶體之間的光路中，通過該LD光學耦合部件將光入射到晶體中。

在上述的技術方案中，所述的光學耦合部件為焦距f＝5mm-1000mm的凸透鏡、光纖、非球面透鏡或柱面鏡。