專利名稱：LD端泵Nd∶YAG/GdVO₄/KTP黃光激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器，特別是一種LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器。
(二) 背景技術(shù)目前國外已經(jīng)有關(guān)于固體黃光激光器的報道，他們主要采用兩種方式來實現(xiàn) 一是將兩 束光禾口步頁(Intracavity sum-frequency generation of 3,23 W continuous-wave yellow light in an Nd:YAG laser,《Optics Communications》，Vol. 255， 2005, 248-252)， 二是在腔內(nèi)使用倍頻技 術(shù)(Efficient all-solid-state yellow laser source producing 1.2-W average power,《Optics Letters》， Vol.24, 1999, 1490-1492)。與腔內(nèi)倍頻的方法相比，和頻的方法具有體積大，功率低，轉(zhuǎn)換 效率差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)等缺點。而目前的腔內(nèi)倍頻又多是采用三硼酸鋰單晶(LBO) 做倍頻晶體，但是三硼酸鋰晶體LBO具有易潮解，價格高，非線性系數(shù)小，并且相位匹配 受溫度影響較大，需要保持溫度恒定等苛刻條件限制，不易控制。
(三) 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以實現(xiàn)體積小，功率高，轉(zhuǎn)換效率大且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的黃光激光器， 本發(fā)明提供一種LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器。一種LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，包括激光二極管LD端面泵浦源、光纖、 耦合透鏡、諧振腔、摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體、聲光調(diào)Q裝置、釩酸釓GdV04晶體和 磷酸氧鈦鉀KTP晶體；由LD端面泵浦源發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進入諧振腔內(nèi)， 其特征在于諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成，前端是后腔鏡，后端是輸出鏡，諧振腔內(nèi)依次放 置摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體、聲光調(diào)Q裝置、釩酸釓GdV04晶體和磷酸氧鈦鉀KTP晶 體；上述晶體外面均用帶有透孔和管道的金屬塊圍住，晶體置于金屬塊的透孔內(nèi)，金屬塊內(nèi) 的管道持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來給晶體降低溫度。
所述的激光二極管LD端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體的兩個端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光 增透的膜，摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體用作激光介質(zhì)，產(chǎn)生基頻光。
所述的聲光調(diào)Q裝置由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的兩端面均鍍有對波長 為1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射頻波調(diào)制頻率為8 — 30KHz，通過輸入射頻波改變 調(diào)Q晶體的密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開關(guān)作用。
所述的釩酸釓GdV04晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 mn_1200 nm的光增透的膜， 釩酸軋GdV04晶體用作拉曼介質(zhì)，將基頻光轉(zhuǎn)化為拉曼光。
所述的磷酸氧鈦鉀KTP晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 磷酸氧鈦鉀KTP晶體用作倍頻晶體，將拉曼光轉(zhuǎn)化為黃光。
所述的后腔鏡鍍有對波長為808 nm的泵浦光增透的膜和對波長為1000nm— 1200nm的光 高反的膜。
所述的輸出鏡鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，并且該膜對波長為587 nm 的光具有高的透射率。
所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG基頻晶體的摻雜濃度為0.6% —1.5%。 后腔鏡和輸出鏡的曲率可根據(jù)實際情況選擇。激光晶體Nd:YAG，拉曼晶體GdV04，倍 頻晶體KTP以及聲光調(diào)Q晶體均鍍有對波長為lOOOnm—1200nrn的光增透的膜?；l晶體 Nd:YAG的摻雜濃度為0.6% —1.5%，由于Nd:YAG的受激發(fā)射截面較大，是一種優(yōu)良的激 光介質(zhì)，所以，我們在激光器中釆用Nd:YAG作為激光介質(zhì)。拉曼晶體GdV04可根據(jù)需要 沿物理學(xué)定義的a軸切割(晶體受激發(fā)射截面平行于c軸)或c軸切割(晶體受激發(fā)射截面 平行于a軸)，GdV04晶體是一種優(yōu)良的拉曼介質(zhì)，并且具有較大的熱導(dǎo)率，十分適合于本 發(fā)明的需要。KTP晶體需要根據(jù)情況考慮相位匹配角度進行切割，這樣可以有效的提高激光 器的性能。本發(fā)明中的所有晶體的長度均可以根據(jù)具體要求進行選取；晶體的端面面積可以 根據(jù)光束截面的面積來確定。由于拉曼效應(yīng)為三階的非線性效應(yīng)，需要基頻光具有較高的峰值功率，所以我們在激光 器中使用調(diào)Q裝置，這樣可以大大提高基頻光的峰值功率，從而提高基頻光到拉曼光的轉(zhuǎn) 換效率，明顯的增大了黃色激光的輸出功率，有效的提高了該激光器的性能。激光器的工作流程如下LD端面泵浦源發(fā)出的波長為808nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透 鏡進入Nd:YAG激光晶體，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置的調(diào)Q開關(guān)關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲 起來；當(dāng)Q開關(guān)打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子瞬間通過受激輻射轉(zhuǎn)為基頻光；具有較高峰 值功率的基頻光經(jīng)過GdV04拉曼晶體，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為拉曼光；拉曼光最后 在KTP倍頻晶體處經(jīng)過倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)為黃光，并由輸出鏡輸出。本發(fā)明提出了一種新的組合方式，使用激光二極管LD端面泵浦源，摻釹釔鋁石榴石 Nd:YAG基頻晶體，釩酸釓單晶GdV04拉曼晶體，KTP倍頻晶體，采用腔內(nèi)倍頻拉曼光的 方式來產(chǎn)生黃色激光，成功解決了上述激光器的各種缺點，提供了一種新的全固體高功率黃 光激光器，本發(fā)明激光頭的體積為10cmn0cn^20cm左右，與背景技術(shù)中的相比較體積小， 成本低，效率高，光轉(zhuǎn)換效率可達7%，黃光的輸出功率可達600mW，且性能穩(wěn)定。(四)


圖1是本發(fā)明激光器光路結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.LD端面泵浦源，2.光纖，3.耦合透鏡，4.后腔鏡，5.摻釹釔鋁石榴石晶體， 6.聲光調(diào)Q裝置，7.釩酸釓晶體，8.KTP晶體，9.輸出鏡。
具體實施方式
實施例1:本發(fā)明裝置如圖1所示,包括激光二極管LD端面泵浦源1、光纖2、耦合透鏡3和諧振腔、 摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5、聲光調(diào)Q裝置6、釩酸釓GdV04晶體7和磷酸氧鈦鉀KTP 晶體8;由LD端面泵浦源1發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡3進入諧振腔內(nèi)，其特征在 于諧振腔由后腔鏡4和輸出鏡9組成，前端是后腔鏡4，后端是輸出鏡9，諧振腔內(nèi)依次放 置摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5、聲光調(diào)Q裝置6、釩酸釓GdV04晶體7和磷酸氧鈦鉀 KTP晶體8;上述晶體外面均用帶有透孔和管道的金屬塊圍住，晶體置于金屬塊的透孔內(nèi)， 金屬塊內(nèi)的管道持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來給晶體降低溫度。所述的激光二極管LD端面泵浦源1是808 nm LD端面泵浦源。所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5的兩個端面均鍍有對波長為1000 rnn—1200 nm的 光增透的膜，摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5用作激光介質(zhì)，產(chǎn)生基頻光。
所述的聲光調(diào)Q裝置6由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的兩端面均鍍有對波 長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射頻波調(diào)制頻率為10KHz，通過輸入射頻波改變調(diào) Q晶體的密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開關(guān)作用。所述的釩酸釓GdV04晶體7的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 釩酸釓GdV04晶體用作拉曼介質(zhì)，將基頻光轉(zhuǎn)化為拉曼光。所述的磷酸氧鈦鉀KTP晶體8的兩端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的 膜，磷酸氧鈦鉀KTP晶體8用作倍頻晶體，將拉曼光轉(zhuǎn)化為黃光。所述的后腔鏡4的曲率半徑為3000 mm，鍍有對波長為808 nm的泵浦光增透的膜和對波 長為1000nm—1200nm的光高反的膜。所述的輸出鏡9鍍有對波長為1000 nm— 1200 nm的光高反的膜，并且該膜對波長為587 nm的光高透。所述的慘釹釔鋁石榴石Nd:YAG基頻晶體5的慘雜濃度為0.8%。激光器的工作流程LD端面泵浦源1發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡3進入 摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置6的調(diào)Q開關(guān)關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn) 粒子存儲起來；當(dāng)Q開光打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2 nrn基 頻光；具有較高峰值功率的基頻光經(jīng)過釩酸釓GdV04晶體7，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍頻晶體8處經(jīng)過倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)為587.5 nm黃光，并由 輸出鏡9輸出。 實施例2:與實施例1相同,只是所述的聲光調(diào)Q裝置6的射頻波調(diào)制頻率為15KHz;所述的后腔鏡 4的曲率半徑為1000 mm;所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG基頻晶體5的摻雜濃度為1 % 。激光器的工作流程LD端面泵浦源1發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡3進入 摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置6的調(diào)Q開關(guān)關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn) 粒子存儲起來；當(dāng)Q開光打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2 nm基 頻光；具有較高峰值功率的基頻光經(jīng)過釩酸釓GdV04晶體7，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍頻晶體8處經(jīng)過倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)為587.5 nm黃光，并由 輸出鏡9輸出。實施例3:與實施例1相同，只是所述的聲光調(diào)Q裝置6的射頻波調(diào)制頻率為25KHz;所述的后腔 鏡4的曲率半徑為1000 mm;所述的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG基頻晶體5的摻雜濃度為1.2%。激光器的工作流程LD端面泵浦源1發(fā)出808 nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡3進入 摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置6的調(diào)Q開關(guān)關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn) 粒子存儲起來；當(dāng)Q開光打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2 nm基 頻光；具有較高峰值功率的基頻光經(jīng)過釩酸釓GdV04晶體7，由于受激拉曼散射的作用轉(zhuǎn)為 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍頻晶體8處經(jīng)過倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)為587.5 nm黃光，并由 輸出鏡9輸出。上述三個實施例中的耦合光纖2的纖芯直徑為400 pm，數(shù)值孔徑為0.22，最高輸出功率 為32W。輸出鏡9均為平鏡。并且所有晶體均經(jīng)過水冷降溫。
權(quán)利要求
1.一種LD端泵Nd:YAG/GdVO4/KTP黃光激光器，包括激光二極管LD端面泵浦源、光纖、耦合透鏡、諧振腔、摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體、聲光調(diào)Q裝置、釩酸釓GdVO4晶體和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；由LD端面泵浦源發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進入諧振腔內(nèi)，其特征在于諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成，前端是后腔鏡，后端是輸出鏡，諧振腔內(nèi)依次放置摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體、聲光調(diào)Q裝置、釩酸釓GdVO4晶體和磷酸氧鈦鉀KTP晶體；上述晶體外面均用帶有透孔和管道的金屬塊圍住，晶體置于金屬塊的透孔內(nèi)，金屬塊內(nèi)的管道持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來給晶體降低溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的激 光二極管LD端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
3. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的摻 釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體的兩個端面均鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG晶體用作激光介質(zhì)，產(chǎn)生基頻光。
4. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的聲 光調(diào)Q裝置由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm 一1200 nm的光增透的膜；射頻波調(diào)制頻率為8 — 30KHz，通過輸入射頻波改變調(diào)Q晶體的 密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開關(guān)作用。
5. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的釩 酸IL GdV04晶體的兩端面均鍍有對波長為1000 nm_ 1200 nm的光增透的膜，釩酸禮GdV04 晶體用作拉曼介質(zhì)，將基頻光轉(zhuǎn)化為拉曼光。
6. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的磷 酸氧鈦鉀KTP晶體的兩端面均鍍有對波長為lOOOnm—1200nm的光增透的膜，磷酸氧鈦鉀 KTP晶體用做倍頻晶體，將拉曼光轉(zhuǎn)化為黃光。
7. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的后 腔鏡鍍有對波長為808 nm的泵浦光增透的膜和對波長為1000 nm_ 1200 nm的光高反的膜。
8. 如權(quán)利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述的 輸出鏡鍍有對波長為1000 nm—1200 nm的光高反的膜，該膜并對波長為587 nm的光高透。
9. 如權(quán)利要求1和3所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黃光激光器，其特征在于所述 的摻釹釔鋁石榴石Nd:YAG基頻晶體的摻雜濃度為0.6% —1.5% 。
全文摘要
LD端面泵浦Nd∶YAG/GdVO₄/KTP黃光激光器，屬于固體激光器領(lǐng)域，它是利用LD端面泵浦摻釹釔鋁石榴石(Nd∶YAG)產(chǎn)生基頻光，經(jīng)拉曼晶體釩酸釓(GdVO₄)后轉(zhuǎn)為拉曼光，然后用倍頻晶體磷酸氧鈦鉀(KTP)進行腔內(nèi)倍頻，最終產(chǎn)生黃色激光。該黃光激光器具有體積小，性能穩(wěn)定，功率高，成本低等優(yōu)點，具有廣泛的實用性。
文檔編號H01S3/08GK101159362SQ200710113070
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者叢振華, 張行愚, 李述濤, 王青圃, 陳曉寒 申請人:山東大學(xué)