一種產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，很多種類的激光器都能實(shí)現(xiàn)綠光波段的激光連續(xù)輸出，例如二極管激光器、染料激光器、倍頻激光器。但是一般情況下，二極管激光器輸出的激光光束質(zhì)量較差。在一般情況下，二極管激光器直接輸出或經(jīng)光纖耦合輸出的激光光束質(zhì)量因子M2>20。即使采用光束整形，二極管激光器的光束質(zhì)量因子M2也大于2。染料激光器也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)綠光輸出，但是由于采用液體染料作為工作物質(zhì)導(dǎo)致激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。倍頻激光器也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)綠光輸出，但是倍頻激光器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴。
[0003]基于二極管激光器、染料激光器、倍頻激光器在實(shí)現(xiàn)綠光連續(xù)輸出時(shí)的缺陷，亟需設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、輸出光束質(zhì)量好、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的綠光連續(xù)波激光器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器與方法，實(shí)現(xiàn)了窄線寬的綠光連續(xù)輸出。本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，而且輸出激光的光束質(zhì)量好。
[0005]本發(fā)明提供了一種連續(xù)波固體激光器，其特征在于，所述裝置包括:栗浦源、分光單元、光路轉(zhuǎn)換單元、激光晶體、諧振腔、第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具；
[0006]栗浦源，用于產(chǎn)生中心波長為798-801nm的栗浦光；優(yōu)選的，用于產(chǎn)生中心波長為800nm的栗浦光。
[0007]分光單元，用于將所述栗浦光分為第一光束和第二光束；其中，所述第一光束入射到激光晶體的第一端面，所述第二光束經(jīng)所述光路轉(zhuǎn)換單元入射到激光晶體的第二端面；
[0008]激光晶體，用于在所述第一光束和所述第二光束的激勵(lì)下產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換熒光；
[0009]諧振腔，用于輸出綠光波段的激光；
[0010]第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，相鄰放置于所述諧振腔中，用于壓縮輸出激光的線寬；
[0011]其中，所述激光晶體為Er3+ = YAlO3晶體。
[0012]優(yōu)選的，所述法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的厚度為0.5mm。
[0013]優(yōu)選的，所述裝置還包括光纖耦合單元，用于將栗浦源產(chǎn)生的栗浦光耦合輸出。
[0014]優(yōu)選的，所述裝置還包括準(zhǔn)直單元，用于將光纖耦合輸出的栗浦光進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0015]優(yōu)選的，所述分光單兀為50:50的分光鏡。
[0016]優(yōu)選的，所述裝置還包括第一聚焦單元、第二聚焦單元；所述第一聚焦單元，用于將所述第一光束聚焦在所述激光晶體的第一端面；所述第二聚焦單元，用于將經(jīng)光路轉(zhuǎn)換單元之后的第二光束聚焦在所述激光晶體的第二端面。
[0017]優(yōu)選的，所述諧振腔為L型平凹腔。
[0018]優(yōu)選的，所述L型平凹腔包括第一腔鏡、第二腔鏡、激光輸出鏡；所述第一光束在經(jīng)第一聚焦單元聚焦后入射到第一腔鏡表面；所述第二光束在經(jīng)第二聚焦單元聚焦后入射到第二腔鏡表面；所述第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具均位于第一腔鏡與激光輸出鏡之間。
[0019]優(yōu)選的，所述光路轉(zhuǎn)換單元包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡；
[0020]所述分光單元產(chǎn)生的第二光束垂直入射到第一反射鏡表面，經(jīng)第一反射鏡反射后以45度角入射到第二反射鏡表面，經(jīng)第二反射鏡反射后以45度角入射到第三反射鏡表面，然后經(jīng)第三反射鏡反射后垂直入射到第二聚焦單元表面。
[0021]優(yōu)選的，所述準(zhǔn)直單元為兩面鍍有SOOnm高透膜的平凸透鏡。
[0022]優(yōu)選的，所述第一聚焦單元為兩面鍍有SOOnm高透膜的平凸透鏡；所述第二聚焦單元為兩面鍍有SOOnm高透膜的平凸透鏡。
[0023]優(yōu)選的，所述第一腔鏡為二色鏡，所述二色鏡的雙面45度鍍有SOOnm高透膜，所述二色鏡朝向第二腔鏡的一面45度鍍有525nm-565nm高反膜。
[0024]優(yōu)選的，所述第二腔鏡為平凹鏡，所述第二腔鏡的雙面鍍有SOOnm高透膜，所述平凹鏡的凹面鍍有525-565nm高反膜。
[0025]優(yōu)選的，所述激光輸出鏡為平平鏡，所述激光輸出鏡朝向第一腔鏡的一面鍍有對(duì)525-565nm透過率為2%的膜。
[0026]優(yōu)選的，所述Er3+: YAlO;體的Er 3+摻雜濃度為I %，所述Er 3+: ￥六103晶體的雙端面鍍有對(duì)525-565nm和800nm的高透膜。
[0027]優(yōu)選的，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡、所述第三反射鏡均為平平鏡；所述第一反射鏡朝向第二反射鏡的一面、所述第二反射鏡朝向第三反射鏡的一面、所述第三反射鏡朝向第二聚焦單元的一面均45度鍍有800nm高反膜。
[0028]優(yōu)選的，所述栗浦源為半導(dǎo)體激光器。
[0029]本發(fā)明還提供了一種產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的方法，所述方法包括:
[0030]S1、將波長為798-80Inm的栗浦光經(jīng)分光單元分為第一光束和第二光束；
[0031]S2、將所述第一光束入射到激光晶體的第一端面，將所述第二光束經(jīng)光路轉(zhuǎn)換單元入射到所述激光晶體的第二端面；
[0032]其中，所述激光晶體位于所述諧振腔中，用于在所述第一光束和所述第二光束的激勵(lì)下產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換熒光，并經(jīng)諧振腔產(chǎn)生綠光波段的激光；
[0033]S3、將所述激光經(jīng)過平行放置于諧振腔中的第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具之后從諧振腔的激光輸出鏡輸出；
[0034]S4、調(diào)節(jié)第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具相對(duì)第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的傾斜角度，直至使信號(hào)發(fā)生器上測(cè)取的輸出激光的線寬達(dá)到調(diào)節(jié)過程中的極小值。
[0035]優(yōu)選的，在步驟SI之前還包括:將栗浦源產(chǎn)生的波長為798-801nm的栗浦光經(jīng)光纖耦合單元耦合輸出；并將所述耦合輸出的栗浦光經(jīng)準(zhǔn)直單元進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0036]優(yōu)選的，在步驟SI與步驟S2之間還包括:將所述第一光束通過第一聚焦單元進(jìn)行聚焦，并聚焦在激光晶體的第一端面；將經(jīng)光路轉(zhuǎn)換后的第二光束經(jīng)第二聚焦單元進(jìn)行聚焦，并聚焦在激光晶體的第二端面。
[0037]本發(fā)明的產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器，包括栗浦源、分光單元、激光晶體、第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。通過波長為709-801nm的栗浦光栗浦Er3+= YAlO3晶體實(shí)現(xiàn)了中心波長為549-552nm的上轉(zhuǎn)換綠光連續(xù)輸出；通過雙端面栗浦有利于Er3+:ΥΑ10#θβ體吸收栗浦光，提高光光轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也有效緩解了 Er 3+:YAlO3晶體的熱效應(yīng)；通過第一、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)激光波長的選擇作用實(shí)現(xiàn)了窄線寬的激光輸出。本發(fā)明的產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器，結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、輸出光束質(zhì)量好。本發(fā)明的產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的方法，具有輸出激光光束質(zhì)量好、線寬窄、光光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明的產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明的產(chǎn)生綠光連續(xù)激光的方法流程圖；
[0040]1、光纖耦合單元；2、準(zhǔn)直單元；3、分光單元；4、光路轉(zhuǎn)換單元；5、第一聚焦單元；
6、第二聚焦單元；7、第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具；8、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具；9、諧振腔；10、激光晶體；401、第一反射鏡；402、第二反射鏡；403、第三反射鏡；901、第一腔鏡；902、第二腔鏡；903激光輸出鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
[0042]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例一的技術(shù)方案。本發(fā)明實(shí)施例一的連續(xù)波固體激光器采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，包括栗浦源(圖中未示出)、分光單元3、光路轉(zhuǎn)換單元4、激光晶體10、諧振腔9、第一法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具7、第二法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具8 ;
[0043]栗浦源可選用半導(dǎo)體激光器，用以產(chǎn)生波長798-801nm的栗浦光。優(yōu)選的，栗浦光的中心波長為800nm。栗浦源產(chǎn)生栗浦光后，并可通過如圖1所示的光纖耦合單元I將栗浦光輸出至分光單元3。其中，分光單元3相對(duì)入射光呈45度傾斜放置，用于將光纖親合單元I輸出的栗浦光分為第一光束和第二光束。其中，所述第一光束入射到激光晶體10的第一端面，所述第二光束經(jīng)所述光路轉(zhuǎn)換單元4入射到激光晶體10的第二端面。本發(fā)明實(shí)施例一中，分光單兀3為對(duì)800nm光的透過率和反射率分別為50%的分光鏡。其中，在光纖耦合單元I和分光單元3之間還包括準(zhǔn)直單元2，用于將光纖耦合輸出的栗浦光進(jìn)行準(zhǔn)直。本發(fā)明實(shí)施例中，準(zhǔn)直單元2為兩面均鍍有SOOnm高透過膜、焦距為25mm的平凸鏡。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例一通過在激光晶體兩個(gè)端面上進(jìn)行栗浦，有利于激光晶體吸收栗浦光，提高栗浦光和激光之間的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也能有效緩解激光晶體的熱效應(yīng)。
[0045]激光晶體10為Er3+: YAlO3晶體，在第一光束和第二光束的栗浦下可產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換熒光，并通過諧振腔產(chǎn)生綠光波段的激光。本發(fā)明實(shí)施例一中，Er3+:YA103晶體的Er 3+摻雜濃度為1%，晶體端面為4X4mm2，厚度為1mm，雙端面都鍍有對(duì)525_565nm和800nm高透過的膜。
[0046]其中，栗浦光栗浦Er3+:YA10#aB體產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換熒光的理論依據(jù)如下:位于419/2能級(jí)的Er3+離子很容易被中心波長為SOOnm的栗浦光激發(fā)。當(dāng)位于419/2能級(jí)的Er3+離子積累到一定程度時(shí)，向上躍迀到4F7/2能級(jí)。當(dāng)位于4F7/2能級(jí)的Er 3+離子積累到一定程度時(shí)，向下弛豫到2H11/2能級(jí)。當(dāng)位于2H11/2能級(jí)的Er 3+離子積累到一定程度，實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，Er 3+離子在4F7/2能級(jí)與4115/2能級(jí)之間躍迀，并通過諧振腔產(chǎn)生中心波長為551nm的綠光波段的激光。
[0047]在分光單元3與激光晶體10的第一端面之間還包括第一聚焦單元5，用于將所述第一光束進(jìn)行聚焦。本發(fā)明實(shí)施例中，第一聚焦單元5為焦距50mm、雙面鍍有SOOnm高透膜的平凸鏡。在光路轉(zhuǎn)換單元4與激光晶體10的第二端面