一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器。該激光器包括振蕩級(jí)系統(tǒng)、放大級(jí)系統(tǒng)、腔外倍頻系統(tǒng)和電學(xué)總控系統(tǒng)；采用連續(xù)輸出的單頻激光器作為種子光源，采用改進(jìn)的諧波探測(cè)方法，控制壓電陶瓷改變諧振腔長(zhǎng)，以兩次從反射出腔的干涉種子光作為信號(hào)，在信號(hào)峰值處打開(kāi)調(diào)Q開(kāi)關(guān)，使諧振腔輸出接近衍射極限的與種子激光相同頻率的單縱模基頻脈沖激光；再將基頻光通過(guò)放大級(jí)泵浦模塊進(jìn)行雙程放大，大幅提高功率；最后將放大后的基頻光導(dǎo)入倍頻系統(tǒng)，經(jīng)二倍頻晶體倍頻和三倍頻晶體和頻，獲得355nm的紫外脈沖激光。該激光器具有輸出能量高，功率和頻率穩(wěn)定性好，紫外轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全固態(tài)激光器領(lǐng)域，特別是一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，通過(guò)1064nm波長(zhǎng)激光放大并三倍頻得到355nm單縱模紫外激光。

【背景技術(shù)】
[0002]多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)場(chǎng)和靶場(chǎng)風(fēng)速測(cè)量等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景，該雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)激光發(fā)射源的要求非常高，即要求激光器能輸出一定功率的單縱模調(diào)Q脈沖，同時(shí)還要求單縱模激光器有良好的頻率穩(wěn)定性。單縱模窄線寬的調(diào)Q脈沖激光器作為激光雷達(dá)的發(fā)射源，其性能直接決定了整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度和探測(cè)能力，具有傅里葉極限轉(zhuǎn)換線寬的窄線寬脈沖激光器已成為目前多普勒激光雷達(dá)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。就當(dāng)前的國(guó)際技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，常見(jiàn)的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的激光源是二倍頻或者三倍頻的種子注入1064nm波長(zhǎng)調(diào)Q激光器。目前，國(guó)內(nèi)窄線寬激光發(fā)射源主要是采用進(jìn)口國(guó)外的低重頻單縱模激光器，較高重頻的高功率種子注入單縱模全固態(tài)激光器技術(shù)研究開(kāi)展有限，技術(shù)成熟度較低，制約了國(guó)內(nèi)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。
[0003]中國(guó)發(fā)明專利號(hào)ZL200910084323.2，名稱為“三波段脈沖激光器”的發(fā)明專利中公開(kāi)了一種使用主振蕩級(jí)與功率放大器(MOPA)系統(tǒng)結(jié)合倍頻裝置產(chǎn)生高功率倍頻激光的技術(shù)方案。首先由脈沖激光種子源(主振蕩器)產(chǎn)生具有高光束質(zhì)量且輸出功率較小的1064nm基頻種子光，然后經(jīng)過(guò)激光放大裝置(功率放大器)實(shí)現(xiàn)對(duì)種子光的高功率放大，然后采用腔外倍頻系統(tǒng)獲得二倍頻532nm和四倍頻266nm激光。但該技術(shù)方案未產(chǎn)生三倍頻激光，也無(wú)法通過(guò)有序的調(diào)Q控制實(shí)現(xiàn)高重頻的單縱模脈沖激光輸出；申請(qǐng)?zhí)?01210097219.9，名稱為“種子光注入的腔內(nèi)倍頻532nm單縱模激光器”的發(fā)明專利公開(kāi)了種子注入調(diào)Q結(jié)合腔內(nèi)倍頻的技術(shù)方案。采用1064nm種子注入，使用改進(jìn)的諧波探測(cè)方法調(diào)Q獲得了種子注入1064nm單縱模脈沖激光，再經(jīng)腔內(nèi)倍頻輸出較高功率單縱模532nm激光。該技術(shù)方案腔內(nèi)倍頻方式易影響基頻光入射，且進(jìn)行三倍頻時(shí)不便同時(shí)獲得基頻光和二倍頻光，而輸出的二倍頻光雖然功率較高，但如用于三倍頻轉(zhuǎn)換，功率仍然偏低。
[0004]開(kāi)展高脈沖能量的種子注入單縱模全固態(tài)激光技術(shù)研究，突破其關(guān)鍵技術(shù)，研制高可靠性的工程樣機(jī)，對(duì)提升我國(guó)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)和高光譜激光雷的研制水平具體有現(xiàn)實(shí)意義，需求迫切。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，該激光器工作頻率高，工作穩(wěn)定，可同時(shí)提供基頻1064nm、倍頻532nm、三倍頻355nm激光輸出，輸出單脈沖能量高、窄線寬、頻率穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量高。
[0006]本發(fā)明基本工作原理如下:
[0007]—種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，在其振蕩級(jí)種子注入單頻連續(xù)激光，在諧振腔內(nèi)采用改進(jìn)的諧振探測(cè)方法，由時(shí)序總控系統(tǒng)在光電二極管接收的諧振反饋信號(hào)極大值處打開(kāi)調(diào)Q開(kāi)關(guān)，獲得種子注入1064nm基頻單縱模脈沖激光，基頻激光經(jīng)放大級(jí)系統(tǒng)放大后，再二倍頻和三倍頻，獲得單縱模綠光和單縱模紫外激光。時(shí)序總控系統(tǒng)同時(shí)對(duì)振蕩級(jí)泵浦源、放大級(jí)泵浦源驅(qū)動(dòng)進(jìn)行精確時(shí)序控制，確保振蕩級(jí)輸出脈沖激光的功率和頻率穩(wěn)定性。
[0008]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
[0009]一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，包括振蕩級(jí)系統(tǒng)、放大級(jí)系統(tǒng)、腔外倍頻系統(tǒng)和電學(xué)總控系統(tǒng)，振蕩級(jí)系統(tǒng)輸出的信號(hào)光依次進(jìn)入放大級(jí)系統(tǒng)和腔外倍頻系統(tǒng)。
[0010]所述振蕩級(jí)系統(tǒng)包括種子注入光路和從動(dòng)諧振腔；
[0011]所述種子注入光路主要包括種子激光器；
[0012]所述從動(dòng)諧振腔包括后腔鏡、調(diào)Q晶體、1/4波片、偏振片、振蕩級(jí)泵浦源、激光晶體和輸出鏡；所述種子注入光路輸出的種子光經(jīng)所述后腔鏡進(jìn)入從動(dòng)諧振腔，經(jīng)過(guò)1/4波片后以布儒斯特角入射至所述偏振片，此時(shí)種子光的s光被反射出諧振腔外，而P光透過(guò)偏振片后經(jīng)過(guò)諧振腔內(nèi)一個(gè)完整的來(lái)回，在偏振片前變成了 s光入射，再次以布儒斯特角入射后也被反射出腔外，兩次反射出的s光相干涉，其干涉信號(hào)包含了腔長(zhǎng)信息；所述調(diào)Q晶體與1/4波片一起組成升壓式電光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，調(diào)Q晶體上加電壓則諧振腔就能出光，斷掉電壓則不能出光；
[0013]所述放大級(jí)系統(tǒng)主要包括放大級(jí)泵浦模塊；
[0014]所述電學(xué)總控系統(tǒng)由光電二極管、緊固于后腔鏡的第一壓電陶瓷、緊固于輸出鏡的第二壓電陶瓷、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和時(shí)序控制系統(tǒng)組成；所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的輸出端分別與第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷的輸入端連接；在壓電陶瓷上加電壓可以引起位移從而改變諧振腔腔長(zhǎng)；所述光電二極管檢測(cè)由所述偏振片反射出腔外的種子光形成的干涉信號(hào)；所述時(shí)序控制系統(tǒng)輸入端與所述光電二極管輸出端相連，其輸出端分別與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的輸入端、所述調(diào)Q晶體的控制端、所述振蕩級(jí)泵浦源、放大級(jí)泵浦模塊的控制端相連接；
[0015]所述時(shí)序控制系統(tǒng)在每個(gè)工作周期的起始點(diǎn)給振蕩級(jí)泵浦源觸發(fā)信號(hào)，振蕩級(jí)泵浦源發(fā)出泵浦光照射到所述激光晶體上，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源在每個(gè)泵浦周期內(nèi)在第二壓電陶瓷上施加一斜坡電壓以改變從動(dòng)諧振腔腔長(zhǎng)；時(shí)序控制系統(tǒng)通過(guò)判斷光電二極管的反饋信號(hào)來(lái)完成諧振探測(cè)觸發(fā)，使諧振腔輸出與種子激光相同頻率的單縱模激光。當(dāng)時(shí)序控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)光電二極管上的種子光干涉信號(hào)達(dá)到峰值時(shí)，給調(diào)Q晶體加壓使調(diào)Q開(kāi)關(guān)打開(kāi)，隨即輸出單縱模激光。
[0016]所述腔外倍頻系統(tǒng)主要包括二倍頻晶體和三倍頻晶體。
[0017]優(yōu)選的，所述種子注入光路中包括耦合負(fù)透鏡和耦合正透鏡組成耦合透鏡組，用來(lái)對(duì)種子光束整形，使其與腔內(nèi)激光模式匹配；所述種子注入光路依次為種子激光器、耦合負(fù)透鏡、隔離器、耦合正透鏡、半波片、1/4波片、第一 45度全反射鏡、光束角度微調(diào)裝置、第二45度全反射鏡；所述半波片與1/4波片用來(lái)調(diào)節(jié)種子激光的偏振方向。
[0018]優(yōu)選的，所述從動(dòng)諧振腔中的振蕩級(jí)泵浦源為波長(zhǎng)808nm、以脈沖方式工作的半導(dǎo)體泵浦源，泵浦方式可采用單端泵浦或雙端泵浦。
[0019]優(yōu)選的，所述從動(dòng)諧振腔中的后腔鏡和所述調(diào)Q晶體之間設(shè)置光束角度微調(diào)裝置，所述偏振片至激光晶體一端依次設(shè)置1/4波片和第一信號(hào)光反射鏡，所述激光晶體另一端至輸出鏡依次設(shè)置第二信號(hào)光反射鏡、1/4波片、光束角度微調(diào)裝置和補(bǔ)償負(fù)透鏡；其中，所述第一信號(hào)光反射鏡和第二信號(hào)光反射鏡對(duì)808nm高透、1064nm高反,在所述激光晶體兩端與光路分別成45度，使所述從動(dòng)從動(dòng)諧振腔形成“U”形諧振腔；上述兩個(gè)增加的1/4波片可防止諧振腔內(nèi)的燒孔效。該諧振腔采用單端泵浦，由泵浦耦合透鏡將半導(dǎo)體泵浦源泵浦光透過(guò)所述第一信號(hào)光反射鏡耦合入諧振腔光路；所述泵浦耦合透鏡鍍有808nm高透、1064nm高反膜,防止諧振腔內(nèi)激光溢出造成泵浦激光損壞。
[0020]優(yōu)選的，所述放大級(jí)系統(tǒng)采用雙程放大光路結(jié)構(gòu)，可更有效的放大功率；包括依次設(shè)置的隔離器、擴(kuò)束鏡、光束角度微調(diào)裝置、半波片、偏振分光棱鏡、放大級(jí)泵浦模塊、熱補(bǔ)償透鏡、1/4波片、光束角度微調(diào)裝置和O度全反射鏡；所述放大級(jí)泵浦模塊采用激光二極管(LD)側(cè)泵板條結(jié)構(gòu)；所述熱補(bǔ)償透鏡為兩片柱面鏡，同光軸分別豎直和水平放置，分別用來(lái)補(bǔ)償豎直和水平方向的熱效應(yīng)。
[0021]優(yōu)選的，所述腔外倍頻系統(tǒng)包括依次設(shè)置的45度全反射鏡、縮束鏡、半波片、二倍頻晶體、復(fù)合波片、三倍頻晶體和2個(gè)分色鏡；其中，所述復(fù)合波片對(duì)1064nm是全波片、對(duì)532nm是半波片；所述分色鏡對(duì)355nm高反、1064nm和532nm高透；透過(guò)分色鏡的基頻1064nm和二倍頻532nm激光可以選擇輸出或在激光器內(nèi)部吸收。
[0022]優(yōu)選的，所述腔外倍頻系統(tǒng)的二倍頻晶體使用一類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO)，所述三倍頻晶體使用二類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO)。
[0023]優(yōu)選的，種子注入的所述種子激光器選用連續(xù)輸出的單頻激光器，線寬為kHz量級(jí)，具有良好的頻率穩(wěn)定性和光束質(zhì)量。
[0024]優(yōu)選的，所述振蕩級(jí)泵浦源、激光晶體和放大級(jí)泵浦模塊均由半導(dǎo)體致冷器(TEC)進(jìn)行溫度控制，并由熱敏電阻進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，電學(xué)總控系統(tǒng)控制激光器停止工作。
[0025]優(yōu)選的，使用的所述光束角度微調(diào)裝置為光楔對(duì)；光楔對(duì)由2片光楔配對(duì)組合使用，可有效的提高光楔的調(diào)節(jié)角度范圍和精度，鎖緊后在振動(dòng)環(huán)境中保持穩(wěn)定，與傳統(tǒng)的彈簧鎖緊調(diào)節(jié)裝置相比，可避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)械失調(diào)而不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況。
[0026]本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]1.放大級(jí)系統(tǒng)采用雙程放大結(jié)構(gòu)，有效提高能量提取效率，經(jīng)補(bǔ)償后放大級(jí)輸出激光保持良好的光束質(zhì)量；
[0028]2.倍頻前加有縮束鏡來(lái)增加激光的功率密度，提高了倍頻和三倍頻LBO晶體的轉(zhuǎn)換效率；
[0029]3.激光系統(tǒng)采用TEC控溫和水冷散熱，提高了激光器的環(huán)境適應(yīng)能力，可滿足車載和機(jī)載要求；
[0030]4.光束角度微調(diào)采用了光楔對(duì)，提高調(diào)整結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免振動(dòng)環(huán)境中的失調(diào)，成為保證激光器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的關(guān)鍵；
[0031]5.激光器結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，能量穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性好。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器光學(xué)系統(tǒng)原理示意圖；
[0033]圖2為圖1激光器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為圖1激光器電學(xué)總控系統(tǒng)連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0036]圖1是本發(fā)明單縱模紫外激光器的光學(xué)系統(tǒng)原理示意圖。由圖1可知，本發(fā)明高能量輸出的單縱模紫外全固態(tài)激光器，其光學(xué)系統(tǒng)包括振蕩級(jí)系統(tǒng)1、放大級(jí)系統(tǒng)2和腔外倍頻系統(tǒng)3三部分，振蕩級(jí)系統(tǒng)I輸出的信號(hào)光依次進(jìn)入放大級(jí)系統(tǒng)2和腔外倍頻系統(tǒng)3，進(jìn)入腔外倍頻系統(tǒng)3的是經(jīng)過(guò)放大的1064nm基頻光，在腔外倍頻系統(tǒng)3中先經(jīng)過(guò)二倍頻晶體，部分基頻光轉(zhuǎn)為532nm的二倍頻光，再和剩余基頻光一起，通過(guò)三倍頻晶體，得到355nm的紫外激光。
[0037]圖2是激光器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中所示為光學(xué)系統(tǒng)的元件設(shè)置。如圖，振蕩級(jí)系統(tǒng)I由兩部分構(gòu)成:種子注入光路10和從動(dòng)諧振腔11。種子注入光路10依次由種子激光10-1、耦合負(fù)透鏡10-2、隔離器10-3、耦合正透鏡10-4、半波片10_5、1/4波片10_6、第一 45度全反射鏡10-7、光楔對(duì)10-8和第二 45度全反射鏡全反射鏡10_9組成；從動(dòng)諧振腔11依次由后腔鏡11-1、光楔對(duì)11-2、調(diào)Q晶體11-3、1/4波片11_4、偏振片11_5、1/4波片11-6、第一信號(hào)光反射鏡激光晶體11-7、激光晶體11-8、第二信號(hào)光反射鏡11-9、1/4波片11-10、光楔對(duì)11-11、補(bǔ)償負(fù)透鏡11-12、輸出鏡11-13、半導(dǎo)體泵浦源11_14、泵浦耦合透鏡11-15和11-16組成；調(diào)Q晶體11-3與1/4波片11_4 一起組成升壓式電光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，具體過(guò)程如下:調(diào)Q晶體11-3通電時(shí)相當(dāng)于1/4波片，偏振片11-5只允許特定偏振方向的線偏光通過(guò)，該線偏振光經(jīng)過(guò)所述調(diào)Q開(kāi)關(guān)后其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)后的線偏光經(jīng)反射鏡返回后再次經(jīng)過(guò)調(diào)Q開(kāi)關(guān)，其偏振方向再次旋轉(zhuǎn)90度，偏振方向經(jīng)180度旋轉(zhuǎn)未改變，仍可通過(guò)偏振片11-5 ;當(dāng)調(diào)Q開(kāi)關(guān)斷電時(shí)，調(diào)Q晶體11-3相當(dāng)于普通介質(zhì)，調(diào)整角度使線偏振光經(jīng)過(guò)調(diào)Q開(kāi)關(guān)的1/4波片11-4變?yōu)閳A偏光，經(jīng)反射鏡返回后再經(jīng)過(guò)調(diào)Q開(kāi)關(guān)變?yōu)榫€偏光，但偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，與偏振片11-5允許通過(guò)的偏振方向垂直，此時(shí)諧振腔就被關(guān)死，無(wú)激光輸出?；l1064nm激光由輸出鏡11_13輸出振蕩級(jí)系統(tǒng)I。
[0038]放大級(jí)系統(tǒng)2依次由隔離器2-1、擴(kuò)束鏡2-2、光楔對(duì)2_3、半波片2_4、偏振分光棱鏡2-5、放大級(jí)泵浦模塊2-6、熱補(bǔ)償負(fù)透鏡2-7和2-8、1/4波片2_9、光楔對(duì)2_10和O度全反射鏡2-11組成；入射的線偏振1064nm基頻光由隔離器2_1進(jìn)入放大級(jí)系統(tǒng)2，偏振分光棱鏡2-5與半波片2-4配合使用，半波片2-4將入射偏振光調(diào)整為豎直方向，入射光全部被偏振分光棱鏡2-5反射至放大級(jí)泵浦模塊2-6所在光路；放大級(jí)泵浦模塊2-6基于LD側(cè)泵板條結(jié)構(gòu)，采用雙程放大光路有效提取光能量；單程放大后的基頻偏振光經(jīng)1/4波片2-9后，由O度全反射鏡2-11反射，再次通過(guò)1/4波片2-9時(shí)，偏振方向偏轉(zhuǎn)90度，基頻光第二次經(jīng)過(guò)放大后透過(guò)偏振分光棱鏡2-5進(jìn)入腔外倍頻系統(tǒng)3 ；
[0039]腔外倍頻系統(tǒng)3依次由45度全反射鏡3-1、縮束鏡3_2、半波片3_3、二倍頻晶體3-4、復(fù)合波片3-5、三倍頻晶體3-6、分色鏡3-7和3_8組成；二倍頻晶體3_4為采用一類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO)，三倍頻晶體3-6為采用二類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO);晶體溫度由溫控爐控制，晶體角度由三維可調(diào)支架控制；復(fù)合波片3-5對(duì)1064nm是全波片、對(duì)532nm是半波片，用于調(diào)整兩偏振態(tài)角度；對(duì)532nm 二倍頻激光來(lái)說(shuō)是半波片，即旋轉(zhuǎn)波片可以改變其偏振態(tài)；對(duì)1064nm基頻激光來(lái)說(shuō)是全波片，即旋轉(zhuǎn)波片不能改變其偏振態(tài)；通過(guò)復(fù)合波片3-5改變二倍頻激光的偏振方向，使二倍頻光和基頻光偏振交角滿足通過(guò)三倍頻晶體3-6和頻時(shí)的要求；三倍頻后，分色鏡3-7和3-8對(duì)355nm高反、對(duì)1064nm&532nm高透，經(jīng)2片分色鏡反射后基頻光和二倍頻光被過(guò)濾掉，可以僅輸出紫外激光；分色鏡3-7透過(guò)基頻光和二倍頻光既可以輸出，也可以在激光器內(nèi)部吸收掉。
[0040]圖3為電學(xué)總控系統(tǒng)4連接示意圖，如圖3所示，電學(xué)總控系統(tǒng)4由光電二極管4-1、緊固于后腔鏡11-1的第一壓電陶瓷4-2、緊固于輸出鏡11-13的第二壓電陶瓷4-3、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源4-4和時(shí)序控制系統(tǒng)4-5組成；所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源4-4的輸出端分別與第一壓電陶瓷4-2和第二壓電陶瓷4-3的輸入端連接；在壓電陶瓷上加電壓可以引起位移從而改變諧振腔腔長(zhǎng)；所述光電二極管4-1檢測(cè)由所述偏振片11-5反射出腔外的種子光形成的干涉信號(hào)；所述時(shí)序控制系統(tǒng)4-5輸入端與所述光電二極管4-1輸出端相連,其輸出端分別與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源4-4的輸入端、所述調(diào)Q晶體11-3的控制端、所述半導(dǎo)體泵浦源11-14、放大級(jí)泵浦模塊2-6的控制端相連接；
[0041]以上實(shí)施例中，諧振腔采用單端泵浦，半導(dǎo)體泵浦源11-14為脈沖工作方式，波長(zhǎng)808nm，采用TEC和水冷控制其工作溫度在25°C ;TEC起到抽運(yùn)熱能量的作用，它分上下兩個(gè)面，一個(gè)面制冷，一個(gè)面發(fā)熱。冷面貼到半導(dǎo)體泵浦源上，發(fā)熱面貼到水冷板上，使其工作在最佳狀態(tài)；另外，激光晶體11-8和放大級(jí)泵浦模塊2-6也均由TEC進(jìn)行溫度控制。
[0042]以上實(shí)施例中，使用了光楔對(duì)10-8、11-2、11-11、2_3和2-10來(lái)微調(diào)光束角度。
[0043]下面是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具體參數(shù):
[0044]種子激光器采用采用Innolight公司的Mephisto OEM產(chǎn)品，由單片激光晶體構(gòu)成單向運(yùn)轉(zhuǎn)的非平面環(huán)型腔(NPRO)，輸出1064nm單頻線偏振的激光的瞬時(shí)光譜線寬為KHz量級(jí)，每分鐘頻率漂移小于1MHz，長(zhǎng)期頻率漂移<45MHz/3小時(shí)。
[0045]泵浦源峰值功率200W，中心波長(zhǎng)807.5nm，采用光纖耦合輸出單端泵浦，頻率10Hz，占空比1%。激光介質(zhì)為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG) Φ4*20鍵合晶體，中間摻雜長(zhǎng)度1mm,摻雜濃度Iat.%,兩端各5mm不摻雜。
[0046]放大級(jí)泵浦模塊(32)采用Bounce抽運(yùn)結(jié)構(gòu)的zigzag板條放大器，激光晶體為Nd:YAG，摻雜濃度Iat.%，尺寸為I 1mmX 6mmX 6mm，端面切割為40度角，泵浦光為L(zhǎng)D陣列。
[0047]從動(dòng)諧振腔兩腔鏡均為平鏡，后腔鏡透過(guò)率T = 5% @1064nm，輸出鏡透過(guò)率T=60% @1064nm，腔長(zhǎng)500nm。在泵浦平均功率2.25W(峰值125W)時(shí)，振蕩級(jí)輸出功率
0.43ff(能量4.3mJ)，經(jīng)雙程放大后能量為85mJ，最后經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換后紫外激光最高輸出達(dá)到35mJ，三倍頻轉(zhuǎn)換效率可達(dá)41 %。紫外激光在2小時(shí)內(nèi)的能量不穩(wěn)定度小于1.5%。單頻紫外激光有著接近極限的頻譜寬度和良好的頻率穩(wěn)定性，輸出紫外激光脈寬10ns，線寬57.6MHz0
[0048]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明激光器具有輸出能量高，功率、頻率穩(wěn)定性好，紫外轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好，工作十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。
[0049]應(yīng)理解，上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非【具體實(shí)施方式】的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，包括振蕩級(jí)系統(tǒng)(I)、放大級(jí)系統(tǒng)(2)和腔外倍頻系統(tǒng)(3)，所述振蕩級(jí)系統(tǒng)(I)輸出的信號(hào)光依次進(jìn)入放大級(jí)系統(tǒng)(2)和腔外倍頻系統(tǒng)(3)，其特征在于還包括電學(xué)總控系統(tǒng)(4)，其中: 所述振蕩級(jí)系統(tǒng)(I)包括種子注入光路(10)和從動(dòng)諧振腔(11); 所述種子注入光路(10)包括種子激光器(10-1); 所述從動(dòng)諧振腔(11)包括后腔鏡(11-1)、調(diào)Q晶體(11_3)、1/4波片(11_4)、偏振片(11-5)、振蕩級(jí)泵浦源、激光晶體(11-8)和輸出鏡(11-13);所述調(diào)Q晶體(11_3)與1/4波片(11-4) 一起組成升壓式電光調(diào)Q開(kāi)關(guān)； 所述放大級(jí)系統(tǒng)(2)包括放大級(jí)泵浦模塊(2-6)； 所述電學(xué)總控系統(tǒng)(4)由光電二極管(4-1)、緊固于后腔鏡(11-1)的第一壓電陶瓷(4-2)、緊固于輸出鏡(11-3)的第二壓電陶瓷(4-3)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源(4-4)和時(shí)序控制系統(tǒng)(4-5)組成；所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源(4-4)的輸出端分別與第一壓電陶瓷(4-2)和第二壓電陶瓷(4-3)的輸入端連接；所述光電二極管(4-1)檢測(cè)由所述偏振片(11-5)反射出腔外的種子光形成的干涉信號(hào)；所述時(shí)序控制系統(tǒng)(4-5)輸入端與所述光電二極管(4-1)輸出端相連，其輸出端分別與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源(4-4)的輸入端、所述調(diào)Q晶體(11-3)的控制端、所述振蕩級(jí)泵浦源、放大級(jí)泵浦模塊(2-6)的控制端相連接；所述時(shí)序控制系統(tǒng)(4-5)在每個(gè)工作周期的起始點(diǎn)給振蕩級(jí)泵浦源觸發(fā)信號(hào)，振蕩級(jí)泵浦源發(fā)出泵浦光照射到所述激光晶體(11-8)上，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源(4-4)在每個(gè)泵浦周期內(nèi)在第二壓電陶瓷(4-3)上施加一斜坡電壓以改變從動(dòng)諧振腔(11)腔長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)序控制系統(tǒng)(4-4)檢測(cè)到光電二極管(4-1)上的所述干涉信號(hào)峰值時(shí)，給調(diào)Q晶體(11-3)加壓打開(kāi)調(diào)Q開(kāi)關(guān)，隨即輸出單縱模激光，在每次出光后所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源(4-4)給第一壓電陶瓷(4-2)施加一直流電壓，保持出光時(shí)間的穩(wěn)定。 所述腔外倍頻系統(tǒng)(3)包括二倍頻晶體(3-4)和三倍頻晶體(3-6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述種子注入光路(10)依次為所述種子激光器(10-1)、耦合負(fù)透鏡(10-2)、隔離器(10-3)、耦合正透鏡(10-4)、半波片(10-5)、1/4波片(10-6)、第一 45度全反射鏡(10-7)、光束角度微調(diào)裝置、第二 45度全反射鏡(10-9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述從動(dòng)諧振腔(11)的振蕩級(jí)泵浦源為波長(zhǎng)808nm、以脈沖方式工作的半導(dǎo)體泵浦源(11_14)，泵浦方式可采用單端泵浦或雙端泵浦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述后腔鏡(11-1)和所述調(diào)Q晶體(11-3)之間設(shè)置光束角度微調(diào)裝置，所述偏振片(11-5)至激光晶體(11-8) —端依次設(shè)置1/4波片(11-6)和第一信號(hào)光反射鏡(11-7)，所述激光晶體(11-8)另一端至輸出鏡(11-13)依次設(shè)置第二信號(hào)光反射鏡(11_9)、1/4波片(11_10)、光束角度微調(diào)裝置和補(bǔ)償負(fù)透鏡(11-12);其中，所述第一信號(hào)光反射鏡(11-7)和第二信號(hào)光反射鏡(11-9)對(duì)808nm高透、1064nm高反，在所述激光晶體(11_8)兩端與光路分別成45度，使所述從動(dòng)從動(dòng)諧振腔(11)形成“U”形；該諧振腔采用單端泵浦，由泵浦耦合透鏡(11-15 ；11-16)將半導(dǎo)體泵浦源(11-14)泵浦光透過(guò)所述第一信號(hào)光反射鏡(11_7)耦合入諧振腔光路；所述泵浦耦合透鏡(11-15 ；11-16)鍍有808nm高透、1064nm高反膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述放大級(jí)系統(tǒng)(2)采用雙程放大結(jié)構(gòu)，包括依次設(shè)置的隔離器(2-1)、擴(kuò)束鏡(2-2)、光束角度微調(diào)裝置、半波片(2-4)、偏振分光棱鏡(1-5)、放大級(jí)泵浦模塊(2-6)、熱補(bǔ)償透鏡(2-7 ;2_8)、1/4波片(2-9)、光束角度微調(diào)裝置和O度全反射鏡(2-11);所述放大級(jí)泵浦模塊(2-6)采用激光二極管(LD)側(cè)泵板條結(jié)構(gòu)；所述熱補(bǔ)償透鏡(2-7 ；2-8)為兩片柱面鏡，分別同光軸豎直和水平放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述腔外倍頻系統(tǒng)(3)包括依次設(shè)置的45度全反射鏡(3-1)、縮束鏡(3-2)、半波片(3-3)、二倍頻晶體(3-4)、復(fù)合波片(3-5)、三倍頻晶體(3-6)和分色鏡(3-7 ;3_8);其中，所述復(fù)合波片(3-5)對(duì)1064nm是全波片、對(duì)532nm是半波片；所述分色鏡(3-7 ;3_8)對(duì)355nm高反、1064nm和532nm高透；透過(guò)分色鏡(3-7)的基頻1064nm和二倍頻532nm激光可以選擇輸出或在激光器內(nèi)部吸收。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述二倍頻晶體(3-4)為一類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO)，所述三倍頻晶體(3-6)為二類相位匹配的三硼酸鋰晶體(LBO)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述種子激光器(10-1)為連續(xù)輸出的單頻激光器，線寬為kHz量級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述振蕩級(jí)泵浦源、激光晶體(11-8)和放大級(jí)泵浦模塊(2-6)均由半導(dǎo)體致冷器(TEC)進(jìn)行溫度控制，并由熱敏電阻進(jìn)行監(jiān)控。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的高功率單縱模紫外全固態(tài)激光器，其特征在于:所述光束角度微調(diào)裝置為光楔對(duì)(10-8 ；11-2 ;11-11 ；2-3 ;2_10)。
【文檔編號(hào)】H01S3/101GK104201556SQ201410476768
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】周軍, 丁建永, 鄧晨, 于廣禮, 宋維爾, 李智 申請(qǐng)人:南京中科神光科技有限公司