之九十九的激光透過偏振分光器作為系統(tǒng)的輸出光束，而只有約百分之一的激光經(jīng)偏振分光器反射進(jìn)入光電探測器用于反饋控制。
[0029]所述的PID控制器中含有鎖定點(diǎn)設(shè)定電路。根據(jù)激光器系統(tǒng)選取合適的設(shè)定功率值，通過調(diào)整鎖定點(diǎn)設(shè)定電路中的可調(diào)電阻，使設(shè)定的參考電壓值與設(shè)定功率值對應(yīng)，從而控制使激光器功率穩(wěn)定在設(shè)定功率處。
[0030]所述的溫度控制器能夠?qū)⒈豢貙ο蟮臏囟瓤刂圃?40?160°C，且4小時(shí)內(nèi)其控溫穩(wěn)定度為±0.02 °C。
[0031]所述的全固態(tài)激光器諧振腔內(nèi)插入的非線性倍頻晶體為三硼酸鋰(LBO)晶體，如圖2所示的為激光器輸出功率隨LBO晶體工作溫度的變化關(guān)系。從圖中可看出，在I類非臨界相位匹配條件(區(qū)間T)下，LBO晶體的工作溫度高于或低于最佳匹配溫度(約為149.15°C )的區(qū)間(Tl或T2)內(nèi)，激光器輸出功率隨LBO晶體的工作溫度單調(diào)變化。選取LBO晶體的工作溫度低于最佳匹配溫度的區(qū)間Tl作為穩(wěn)定功率范圍，取其對應(yīng)功率的中心點(diǎn)(約為29.91W)作為系統(tǒng)設(shè)定功率，將LBO晶體的初始溫度控制在148°C左右。從圖中可看出，當(dāng)激光器功率高于設(shè)定功率時(shí)，需升高LBO晶體的工作溫度，使激光器功率降低?’反之，則需降低LBO晶體的工作溫度，使激光器功率升高。
[0032]圖3所示的為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種激光二極管端面栗浦的四鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器，包括由栗浦源10、四鏡(11、12、13、14)環(huán)形諧振腔、增益晶體15、置于永磁體內(nèi)的磁光介質(zhì)16、第一 λ/2波片17、倍頻晶體18組成的全固態(tài)激光器I以及第二 λ/2波片2、偏振分光器3、光電探測器4、PID控制器5、溫度控制器6。888nm的栗浦光經(jīng)耦合系統(tǒng)聚焦到增益晶體15的中心；激光器采用由凹凸鏡11、平凸鏡12、平凹鏡13、平凹鏡14組成的“8”字四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)；增益晶體15為a軸切割的YV04+Nd:YV04復(fù)合晶體；磁光介質(zhì)16為TGG晶體，由永磁體包裹的TGG晶體16和第一 λ /2波片17組成的光學(xué)單向器，保證激光器的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)；LB0晶體18位于腔鏡13和腔鏡14之間的基模束腰處，置于紫銅控溫爐中，采用熱電制冷器(TEC)進(jìn)行溫度控制。全固態(tài)激光器I的輸出光束經(jīng)第二 λ/2波片2及偏振分光器3分成偏振方向互相垂直的兩束光；偏振分光器3的透射光作為系統(tǒng)輸出光；偏振分光器3的反射光經(jīng)光電探測器4轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后進(jìn)入PID控制器5，PID控制器5輸出的控制信號(hào)輸入溫度控制器6的溫度設(shè)定端，改變溫度設(shè)定值；溫度控制器6驅(qū)動(dòng)TEC控制LBO晶體的工作溫度。
[0033]圖4所示的為一種激光二極管雙端栗浦的四鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器，包括由栗浦源10、四鏡(11、12、13、14)環(huán)形諧振腔、增益晶體15、置于永磁體內(nèi)的磁光介質(zhì)16、第一 λ /2波片17、倍頻晶體18組成的全固態(tài)激光器I以及第二 λ /2波片2、偏振分光器3、光電探測器4、PID控制器5、溫度控制器6。與圖3所示實(shí)施方式相比，其主要區(qū)別在于激光器的栗浦方式由端面栗浦變?yōu)殡p端栗浦。
[0034]圖5所示的為一種激光二極管側(cè)面栗浦的六鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器，包括由栗浦源10、增益晶體11、六鏡(12、13、14、15、16、17)環(huán)形諧振腔、倍頻晶體18、置于永磁體內(nèi)的磁光介質(zhì)19、第一 λ/2波片110組成的全固態(tài)激光器I以及第二 λ/2波片2、偏振分光器3、光電探測器4、PID控制器5、溫度控制器6。栗浦源10輸出光束經(jīng)整形聚焦后投射到增益晶體11上；增益晶體11為各向異性的晶體，如Nd: YV04，Nd:YAP, NdiYLF等；激光器采用四個(gè)平面鏡(12、13、14、15)和兩個(gè)平凹鏡(16、17)組成的六鏡環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)；腔內(nèi)插入由永磁體包裹的TGG晶體19和第一 λ/2波片110組成的光學(xué)單向器，保證激光器的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)；LB0晶體位于腔鏡16和腔鏡17之間的基模束腰處。其余部分與圖3和圖4所示實(shí)施方式相同。
[0035]本發(fā)明的核心是利用腔內(nèi)倍頻晶體的倍頻轉(zhuǎn)化效率隨其工作溫度的變化關(guān)系，通過光電負(fù)反饋控制倍頻晶體的工作溫度，補(bǔ)償激光器功率的波動(dòng)，獲得高穩(wěn)定性的激光輸出，凡是利用控制激光器諧振腔內(nèi)倍頻晶體的溫度獲得高穩(wěn)定性激光輸出的任何激光器系統(tǒng)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，包括全固態(tài)激光器(I)、λ /2波片(2)、偏振分光器(3)、光電探測器(4)、PID控制器(5)及溫度控制器￠);其特征在于，所述的全固態(tài)激光器，在其諧振腔內(nèi)插入了非線性倍頻晶體(18);激光器(I)的輸出光束依次通過λ/2波片(2)和偏振分光器(3);偏振分光器(3)的透射光束作為系統(tǒng)的輸出光；偏振分光器(3)的反射光束進(jìn)入光電探測器(4)，光電探測器(4)的輸出端連接PID控制器(5)，PID控制器(5)的輸出端連接溫度控制器(6)，溫度控制器(6)用于控制激光器⑴內(nèi)非線性倍頻晶體(18)的溫度；所述的PID控制器(5)內(nèi)部含有鎖定點(diǎn)設(shè)定電路，其設(shè)定的參考電壓值與系統(tǒng)設(shè)定的輸出功率值對應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述的非線性倍頻晶體(18)為三硼酸鋰晶體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述的全固態(tài)激光器(I)是行波腔全固態(tài)激光器或駐波腔全固態(tài)激光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述的全固態(tài)激光器(I)的栗浦方式是端面栗浦或側(cè)面栗浦。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，包括全固態(tài)激光器、λ/2波片、偏振分光器、光電探測器、PID控制器及溫度控制器。在全固態(tài)激光器諧振腔內(nèi)插入非線性倍頻晶體，全固態(tài)激光器的輸出光束依次通過λ/2波片和偏振分光器；偏振分光器的反射光進(jìn)入光電探測器，光電探測器的輸出端連接PID控制器，PID控制器的輸出端連接溫度控制器的溫度設(shè)定端，通過溫度控制器控制全固態(tài)激光腔內(nèi)非線性倍頻晶體的工作溫度；所述偏振分光器的透射光作為系統(tǒng)輸出光。本發(fā)明一種高穩(wěn)定的全固態(tài)激光器，通過控制非線性倍頻晶體的工作溫度改變激光腔內(nèi)非線性損耗的大小，補(bǔ)償激光器功率的波動(dòng)，獲得高穩(wěn)定性的激光輸出。
【IPC分類】H01S3/108, H01S3/10, H01S3/16
【公開號(hào)】CN105048271
【申請?zhí)枴緾N201510492390
【發(fā)明人】盧華東, 靳丕铦, 蘇靜, 彭堃墀
【申請人】山西大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月12日