[發(fā)明專(zhuān)利]非注入鎖定式486.1nm藍(lán)光單頻窄線(xiàn)寬全固態(tài)激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111203887.0
• 申請(qǐng)日: 2021-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114006253A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱小磊;王雅琦;馬劍;陸婷婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/10
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/10;H01S3/108;H01S3/109;H01S3/16
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種非注入鎖定式486.1nm藍(lán)光單頻窄線(xiàn)寬全固態(tài)激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。以1064.4nm激光器為基礎(chǔ)，采用倍頻、和頻、光參量發(fā)生器和光參量振蕩器四種非線(xiàn)性頻率變換技術(shù)組合，實(shí)現(xiàn)486.1nm藍(lán)光激光脈沖輸出。本發(fā)明無(wú)需種子注入諧振探測(cè)鎖定控制機(jī)構(gòu)，具有窄線(xiàn)寬、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于工程化和輸出能量可定標(biāo)放大等特點(diǎn)，適合高光譜激光探測(cè)技術(shù)和海洋探測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)全固態(tài)激光器，特別是非注入鎖定式486.1nm藍(lán)光單頻窄線(xiàn)寬激光器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，藍(lán)光激光器越來(lái)越廣泛用于光密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、水下通信及探測(cè)、激光醫(yī)療、激光顯示以及激光加工等領(lǐng)域。而全固態(tài)激光器是一種用途廣泛的激光光源，具有效率高、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。可克服傳統(tǒng)產(chǎn)生藍(lán)光的氣體激光器體效率低、積大、壽命短、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。

在大容量存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用中，藍(lán)光由于其波長(zhǎng)短，衍射效應(yīng)以及光斑面積相對(duì)傳統(tǒng)紅光較小，且存儲(chǔ)介質(zhì)有對(duì)短波長(zhǎng)激光更加敏感的特點(diǎn)，因而更有利于提高信息存儲(chǔ)量，最高可將存儲(chǔ)密度提高一個(gè)量級(jí)；在水下通信以及海洋雷達(dá)探測(cè)中，由于海水的透明窗口恰好在藍(lán)光波段，對(duì)藍(lán)光的吸收損耗小，可用于遠(yuǎn)距離水下信息傳輸和探測(cè)，并可用于海洋漁業(yè)等生物資源勘探，且由于太陽(yáng)輻射光譜的夫瑯禾費(fèi)暗線(xiàn)處于藍(lán)光486.1nm處，單頻窄線(xiàn)寬藍(lán)光激光可克服太陽(yáng)背景輻射的影響，提高探測(cè)器白天工作的信噪比。

目前基于全固態(tài)激光器和非線(xiàn)性頻率變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的全固態(tài)藍(lán)光激光器的途徑主要有三種方式：和頻、倍頻和三倍頻。

1)和頻：即用摻Nd³⁺離子激光器發(fā)射1.06μm紅外激光，再將其與800nm-860nm波段的泵浦光通過(guò)非線(xiàn)性晶體外腔和頻得到455nm-475nm波段藍(lán)光輸出。該方法缺點(diǎn)是對(duì)泵浦光光束質(zhì)量要求較高，且峰值功率低。

2)倍頻：該方法是常用的獲得藍(lán)光輸出的方法?？捎脫絅d³⁺離子激光介質(zhì)能級(jí)⁴F_3/2→⁴I_9/2之間的躍遷得到946nm紅外激光，再通過(guò)非線(xiàn)性晶體腔內(nèi)倍頻輸出473nm藍(lán)光,但是準(zhǔn)三能級(jí)躍遷不易輸出高能量激光。

3)三倍頻：即用摻Nd³⁺離子激光器發(fā)射1.3μm紅外激光，再通過(guò)非線(xiàn)性晶體腔內(nèi)三倍頻輸出440nm附近藍(lán)光。常用方式有兩種：一種方法是利用三階非線(xiàn)性效應(yīng)直接進(jìn)行三倍頻；另一種方法是先將1.3μm激光倍頻再將倍頻得到的紅光與剩余的1.3μm激光進(jìn)行和頻。后者在技術(shù)上可行性更高。

針對(duì)目前存在的大能量藍(lán)光脈沖光譜線(xiàn)寬問(wèn)題，采用光參量振蕩器(OPO)技術(shù)路線(xiàn)可提高能量輸出，但對(duì)于光譜線(xiàn)寬，不管是采用種子注入，還是自由振蕩的方法，都難以達(dá)到百M(fèi)Hz量級(jí)的水平。此外，OPO的種子注入方法，需要復(fù)雜的腔長(zhǎng)控制隨動(dòng)系統(tǒng)，且易失諧，在工程化的可靠性方面存在不足。本發(fā)明采用種子注入的光參量生成器(OPG)+光參量放大器(OPA)技術(shù)路線(xiàn)，在可以實(shí)現(xiàn)大脈沖能量輸出的同時(shí)，保持接近泵浦脈沖光譜線(xiàn)寬的光譜特性。同樣是種子注入，與OPO技術(shù)相比，完全略去了腔長(zhǎng)控制要求，穩(wěn)定性提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的大能量藍(lán)光脈沖激光器光譜線(xiàn)寬、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、無(wú)需種子注入諧振探測(cè)鎖定控制機(jī)構(gòu)的486nm窄線(xiàn)寬的全固態(tài)激光器，輸出能量高，光束質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于大容量存儲(chǔ)技術(shù)和海洋探測(cè)技術(shù)應(yīng)用。

本發(fā)明的基本原理是：以1064nm窄線(xiàn)寬脈沖激光器為基頻光，通過(guò)非線(xiàn)性頻率變換技術(shù)，將1064nm激光倍頻產(chǎn)生532nm倍頻光，1064nm和532nm激光合和頻產(chǎn)生355nm和頻光，對(duì)355nm和頻光分為兩束，使部分355nm和頻光泵浦1313nm激光種子注入的光參量生成器OPG，并產(chǎn)生486nm藍(lán)光注入光參量放大器OPA；分束的另一部分355nm和頻光泵浦光參量放大器OPA，獲得486nm窄線(xiàn)寬藍(lán)光脈沖的高能量輸出。