專利名稱：一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光技術領域，特別是涉及一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器。
背景技術：
目前市場上大部分的端泵激光器都是單一波長輸出方式。這種方式結構緊湊，光束質量較好，效率較高；基于端泵技術的倍頻激光大多采用腔內倍頻方式，可以利用腔內的高功率密度獲得較大的倍頻激光輸出，但是這種方式容易遇到縱模競爭導致的穩(wěn)定性較差問題。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。尤其是需要基頻激光和倍頻激光交替加工時，不得不使用兩臺激光器交替使用。系統(tǒng)復雜性較高，不僅增加 了成本，還增加了工序。利用激光晶體自身的光譜特性制成的雙波長激光器，可以獲得兩種基頻激光波長輸出，但不能獲得倍頻激光輸出，且不能以交替切換方式輸出兩種波長的激光。少數(shù)大能量雙波長或多波長激光器，利用腔外倍頻、和頻方式產生兩種或多種波長激光的輸出，但一般是不同波長的輸出路徑不同，并且各種波長是同時產生的，利用率較低。

實用新型內容本實用新型的目的正是為了解決上述現(xiàn)有技術中所存在的諸如穩(wěn)定性較差、效率不足和光束不同軸等問題而提供一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器。該激光器結構靈活簡單，不受激光諧振腔設計結構的約束，采用聚焦倍頻方式彌補了腔外倍頻功率密度低于腔內倍頻方式的缺點，可自由選擇基頻激光在倍頻晶體上的聚焦束腰尺寸，以獲得最佳的倍頻轉換效率。以基頻激光偏振方向的方式控制倍頻過程是否發(fā)生，不改變光束傳播路徑，不同波長以同軸方式傳播，光束參數(shù)一致。本實用新型的目的是通過以下方案實現(xiàn)的利用脈沖輸出的線偏振調Q的基頻激光通過聚焦透鏡聚焦后可以獲得更小的激光束腰尺寸，從而大大增加激光功率密度。通光透鏡聚焦后的基頻激光束腰位置與非線性倍頻晶體的入射端面重合，從而獲得最佳的倍頻轉換效率。以偏振旋轉器改變基頻激光的偏振方向，控制倍頻過程是否發(fā)生，配合諧波分離鏡，切換基頻激光和倍頻激光的交替輸出。一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，它包括激光源、偏振旋轉器、聚焦透鏡、倍頻晶體、準直透鏡、小孔光闌、諧波分離鏡、第一轉向鏡、第二轉向鏡、第三轉向鏡、第四轉向鏡，其特征在于，激光源脈沖輸出的基頻激光為線偏振調Q脈沖激光，第一轉向鏡、第二轉向鏡、第三轉向鏡、第四轉向鏡、偏振旋轉器、聚焦透鏡、倍頻晶體、準直透鏡、小孔光闌、諧波分離鏡放置在諧振腔外；由激光源脈沖輸出的基頻激光經過第一轉向鏡和第二轉向鏡調整入射方向，通過設置在諧振腔外的聚焦透鏡聚焦到倍頻晶體的入射端面并產生倍頻激光和剩余的基頻激光再經過準直透鏡準直，然后經過第三轉向鏡和第四轉向鏡調整出射方向；諧波分離鏡反射剩余的基頻激光并透過倍頻激光；小孔光闌吸收被反射的剩余基頻激光，避免反射光損傷其他元件；偏振旋轉器控制基頻激光的偏振方向，插入偏振旋轉器后，基頻激光的偏振方向繞光束傳播方向旋轉45度或90度。本實用新型所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其偏振旋轉器為1/4波片、或1/2波片、或45度石英旋光晶體、或90度石英旋光晶體。本實用新型所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器的激光為線性偏振調Q的脈沖激光。本實用新型所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其偏振旋轉器插入非線性倍頻晶體之前的光路中，線偏振基頻激光的偏振方向旋轉45度或90度，倍頻過程不發(fā)生；或偏振旋轉器不插入倍頻晶體之前的光路中，倍頻過程不發(fā)生根據(jù)非線性光學原理，不同波長、不同偏振方向以及不同入射方向的激光在非線·性晶體內部傳播時的折射率不同。對于倍頻過程，只有當基頻激光和倍頻激光在非線性晶體內部傳播時的折射率相等時，即滿足相位匹配條件時,倍頻過程才能發(fā)生。對滿足相位匹配條件的倍頻過程，分為I類相位匹配和II類相位匹配。當采用I類相位匹配時，線偏振調Q的基頻激光的偏振方向旋轉90度，倍頻過程發(fā)生或不發(fā)生；當采用II類相位匹配時，線偏振調Q的基頻激光的偏振方向旋轉45度，倍頻過程發(fā)生或不發(fā)生。本實用新型所述的倍頻晶體為磷酸二氫鉀(KDP)、或三硼酸鋰(LBO)、或磷酸氧鈦鉀(KTP)或偏硼酸鋇(BBO)非線性光學晶體。本實用新型所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其第一轉向鏡、第二轉向鏡、第三轉向鏡和第四轉向鏡可以不使用或只使用其中的若干片，放置的方式和轉向角度可以變化。本實用新型所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其切換輸出的基頻激光和倍頻激光具有同軸輸出特性。本實用新型適于激光打標、激光刻線、激光劃片、其他激光的泵浦源、激光醫(yī)療和科研等領域的應用。

圖I是激光器結構示意圖；圖2是非線性晶體倍頻原理示意圖；圖3是偏振旋轉器工作原理示意具體實施方式
本實用新型所涉及的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其技術方案結合附圖I、2和3詳細敘述如下本實用新型的激光源I脈沖輸出線偏振調Q的基頻激光2 ;脈沖輸出的基頻激光2經過轉向鏡4和5 (均鍍基頻光高反膜)改變傳播方向；脈沖輸出的基頻激光2由放置在諧振腔外的聚焦透鏡6 (鍍基頻光增透膜)聚焦到倍頻晶體7 (LB0,雙面均鍍基頻光和倍頻光增透膜)的入射端面上，并在倍頻晶體7內部形成非線性頻率變換過程；由倍頻晶體7產生的倍頻激光13和剩余的基頻激光2經過透鏡8 (雙面均鍍基頻光和倍頻光增透膜)準直后，再由轉向鏡9和10 (均鍍基頻光和倍頻光高反膜)改變傳播方向，并通過小孔光闌11 ；諧波分離鏡12(鍍O度倍頻光增透膜和基頻光高反膜)輸出倍頻激光并反射基頻激光；當在光路中插入偏振旋轉器3 (雙面鍍基頻光增透膜)時，基頻激光的偏振方向旋轉45度或90度，倍頻過程或不發(fā)生，在光路上移出諧波分離鏡12，只有基頻激光輸出。具體設計實例如下按照圖I在光路上放置激光器各部分器件，包括激光源1，偏振旋轉器3，聚焦透鏡6，倍頻晶體7，準直透鏡8，小孔光闌11，諧波分離鏡12和轉向鏡4、
5、9、10。輸出功率穩(wěn)定的準連續(xù)脈沖基頻激光2經過轉向鏡4和5改變傳輸路徑并起到增加光程的作用，在距離激光源I的輸出端實際光學路徑長度約為300mm處放置焦距為50mm的聚焦透鏡6，將基頻激光2聚焦變換為束腰直徑約為O. Imm聚焦光束，束腰位置在長度為IOmm的倍頻晶體7的入射端面處。產生的倍頻激光與基頻激光的偏振方向相互垂直——如圖2所示；當在光路中插入偏振旋轉器3后，基頻激光的偏振方向繞傳播方向旋轉90度——如圖3所示，倍頻過程發(fā)生或不發(fā)生。諧波分離鏡12放置在光路中時，只輸出倍頻激光，剩余的基頻激光被反射并被小孔光闌11吸收；當在光路中去掉諧波分離鏡12時，只輸出基頻激光，無倍頻過程發(fā)生。
·[0021]圖2中，7為倍頻晶體，2為線性偏振調Q的基頻激光，13為線性偏振的倍頻激光。線性偏振調Q的基頻激光2和倍頻激光13只有在滿足非線性光學相位匹配條件時，非線性倍頻過程才能發(fā)生。根據(jù)非線性光學原理，不同波長、不同偏振方向以及不同入射方向的激光在非線性晶體內部傳播時的折射率不同。對于倍頻過程，只有當基頻激光2和倍頻激光13在倍頻晶體7內部傳播時的折射率相等時，倍頻過程才能發(fā)生。圖3中，3為偏振旋轉器，可為波片或者石英旋光晶體，線性偏振調Q的基頻激光2通過偏振旋轉器后，偏振方向發(fā)生變化，繞傳播方向旋轉一定角度——45度或90度?；l激光2的偏振方向改變之后，不再滿足(或剛好滿足)非線性相位匹配條件，倍頻過程不發(fā)生(或發(fā)生)。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型，也意圖包含這些改動和變型在內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求1.一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，包括激光源(I)、偏振旋轉器(3)、聚焦透鏡(6)、倍頻晶體(7)、準直透鏡(8)、小孔光闌(11)、諧波分離鏡(12)、第一轉向鏡(4)、第二轉向鏡(5)、第三轉向鏡(9)、第四轉向鏡(10)，其特征在于激光源⑴脈沖輸出的基頻激光(2)為線偏振調Q脈沖激光，第一轉向鏡(4)、第二轉向鏡(5)、第三轉向鏡(9)、第四轉向鏡(10)、偏振旋轉器(3)、聚焦透鏡(6)、倍頻晶體(7)、準直透鏡(8)、小孔光闌(11)、諧波分離鏡(12)放置在諧振腔外；由激光源(I)脈沖輸出的基頻激光(2)經過第一轉向鏡(4)和第二轉向鏡(5)調整入射方向，通過設置在諧振腔外的聚焦透鏡(6)聚焦到倍頻晶體(7)的入射端面并產生倍頻激光(13)和剩余的基頻激光(2)再經過準直透鏡(8)準直，然后經過第三轉向鏡(9)和第四轉向鏡(10)調整出射方向；諧波分離鏡(12)反射剩余的基頻激光(2)并透過倍頻激光(13);小孔光闌(11)吸收被反射的剩余基頻激光；插入偏振旋轉器(3)后，基頻激光(2)的偏振方向繞光束傳播方向旋轉45度或90度。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，其特征在于所述的偏振旋轉器(3)為1/4波片、或1/2波片、或45度石英旋光晶體、或90度石英旋光晶體。
專利摘要本實用新型公開了一種端面泵浦雙波長同軸切換輸出激光器，包括激光源、轉向鏡、聚焦透鏡、倍頻晶體、準直鏡、諧波分離鏡、偏振旋轉器。通過調Q方式產生線性偏振、高峰值功率準連續(xù)基頻激光輸出，然后輸出的基頻激光經過透鏡聚焦到倍頻晶體上并產生細小的光斑和高光功率密度，在倍頻晶體后得到倍頻激光輸出。當在光路中插入偏振旋轉器并移出諧波分離鏡之后，基頻激光的偏振方向旋轉90度，激光器切換為基頻激光輸出，并通過相同的聚焦系統(tǒng)之后具有較為一致的聚焦參數(shù)。本實用新型可保證兩種波長在切換輸出時，系統(tǒng)效率最大化，可以廣泛應用于工業(yè)加工、科研、醫(yī)療、軍事等領域。
文檔編號H01S3/10GK202749676SQ201220290040
公開日2013年2月20日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權日2012年6月20日
發(fā)明者胡杰 申請人:沈陽理工大學