[發(fā)明專利]一種非臨界相位匹配倍頻的紫光激光器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103441420A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 王正平;劉彥慶;于法鵬;許心光;趙顯
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發(fā)明涉及一種非臨界相位匹配倍頻的紫光激光器及其制備方法，屬于激光與器件的技術領域。

背景技術

全固態(tài)藍紫光激光器因其在激光生物醫(yī)學、激光彩色顯示、激光高密度數(shù)據(jù)存儲、激光光譜學、激光打印、激光水下成像與通訊、激光制冷等領域的廣泛應用，近年來備受人們重視。目前，實現(xiàn)全固態(tài)藍紫色激光光源的途徑主要有三種：(1)直接發(fā)射藍光的激光二極管；(2)LD泵浦全固態(tài)激光再通過非線性光學手段獲得的藍紫色激光器；(3)直接倍頻LD的藍紫色光源。直接發(fā)射藍光的半導體激光器，具有結構簡單、使用方便、電-光轉換效率高等優(yōu)點，但由于半導體材料本身的缺陷難于克服，使得藍色激光二極管的發(fā)展相對緩慢，與實用化之間還有一段距離。LD泵浦全固態(tài)激光再通過非線性光學頻率轉換如倍頻、和頻等方法來得到藍紫色激光輸出，中間環(huán)節(jié)多，整體結構復雜，可靠性相對較差。通過直接倍頻LD獲得藍紫色激光具有結構簡單、可靠性高、成本低、轉化率高，能夠實現(xiàn)高的光-光轉換效率。最近幾年商用LD技術飛速發(fā)展，其光束質量和輸出功率均得到提高，發(fā)射線寬得到壓縮，各種新型倍頻晶體質量不斷提高，直接倍頻LD的藍紫色光源技術得到飛速發(fā)展。目前這種通過二次諧波(SHG)將LD泵浦的紅外激光輸出直接倍頻得到藍紫色激光的技術已獲得應用，但其中關鍵的倍頻晶體有限。目前市場上主要有三硼酸鋰（LBO）、周期性極化鈮酸鋰（PPLN）和周期性極化磷酸氧鈦鉀（PPKTP）等晶體能夠實現(xiàn)藍紫激光的輸出，但是其相位匹配方向偏離晶體光學主軸較大，因此BBO晶體基頻光與倍頻光走離角大，基頻光容許角小，不能夠利用較長晶體獲得高的轉化率；PPLN和PPKTP晶體生長慢，晶體加工及制備技術復雜，基頻光容許角小。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種非臨界相位匹配倍頻的紫光激光器。本發(fā)明所述的激光器為利用其非臨界相位匹配技術直接倍頻商用半導體激光器（LD，中心波長808±5nm），獲得紫光（中心波長405~407nm）輸出的全固體激光器。該紫光激光器具有結構簡單、使用方便、穩(wěn)定性好、成本低、壽命長、體積小、轉化率高等優(yōu)點，有利于藍紫激光器發(fā)展和應用。

本發(fā)明還提供一種上述非臨界相位匹配倍頻的紫光激光器的制備方法。

本發(fā)明的技術方案如下：

專業(yè)技術術語：

1.相位匹配（PM）

基頻光射入非線性光學晶體，在光路的每個地方都產生二次極化波或稱倍頻光波。光頻電場在晶體中傳到哪里，就會在那里產生二次諧波，由于晶體折射率的色散，二次諧波發(fā)射的二次諧波的傳播速度與入射基頻波的傳播速度不同，不同時刻在晶體中的不同部位所發(fā)射的二次諧波在晶體內傳播的過程要發(fā)生干涉現(xiàn)象，相干的結果決定著輸出光的強度。要想得到較強的二次諧波輸出，不同時刻在晶體中不同部位所發(fā)射的二次諧波必須位相一致，要達到這一目的，就要求入射的基頻光在晶體的傳播速度與二次諧波在晶體的傳播速度相同，從而得到較強的倍頻光輸出，這就是相位匹配的含義。

2.臨界相位匹配（CPM）非臨界相位匹配（NCPM）

非臨界相位匹配（NCPM）對單軸晶而言是指垂直光軸方向的相位匹配，對雙軸晶而言是指沿折射率主軸方向的相位匹配，其它情況的相位匹配稱為臨界相位匹配（CPM）。NCPM和CPM相比具有走離角為零、容許角大的優(yōu)勢，因而便于利用較長晶體獲得較高轉化效率。

3.LaCOB倍頻晶體在此是指沿倍頻方向加工好的小塊晶體，LaCOB晶體是尚未沿倍頻方向加工的大塊晶體。

發(fā)明概述

本發(fā)明涉及一種非臨界相位匹配倍頻的紫光激光器，包括LaCOB倍頻晶體。所述LaCOB為硼酸鈣氧鑭（LaCa₄O(BO₃)₃的簡稱。利用其非臨界相位匹配直接倍頻商用的中心波長為808±5nm的半導體(LD)激光器，獲得中心波長405~407nm輸出的高功率紫光激光器，紫光固體激光器。該激光器具有轉化效率高、成本低、結構緊湊、小型化、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。