藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)綠激光器，特別是一種藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國際上開展516-519nm波段脈沖激光技術(shù)的研宄工作相對較少，其技術(shù)路線主要集中在以下三種:
[0003]I)基于氮化鎵(GaN)基質(zhì)的半導(dǎo)體激光直接輸出，波長范圍在510?520nm，但該類激光器輸出峰值功率難以有效提升；
[0004]2)采用混合摻雜(Er3+、Yb3+)的塊狀及光纖增益介質(zhì)，結(jié)合主振蕩_放大(MOPA)技術(shù)獲得一定峰值功率1554nm波長基頻輸出，然后采用倍頻、三倍頻技術(shù)獲得518nm波長輸出，這種方案獲得脈沖能量低，僅僅是UJ量級；
[0005]3)以高能355nm紫外激光脈沖為抽運(yùn)源，泵浦OPO技術(shù)實現(xiàn)410nm?2400nm波段可調(diào)諧輸出，該技術(shù)路線可獲得高脈沖能量518nm激光輸出，但其致命的弱點是以高功率密度的大能量355nm紫外激光脈沖作泵浦源，極易導(dǎo)致光學(xué)元件損傷，尤其是光學(xué)薄膜。如何提高該藍(lán)綠波段脈沖激光的窄線寬、高脈沖能量輸出，并獲得應(yīng)用，是當(dāng)前研宄難點。而隨著單頻脈沖1.06 μ m激光技術(shù)的日益成熟，以及高質(zhì)量非線性晶體的發(fā)展，使得實現(xiàn)窄線寬(?1MHz)、高能量(?mj量級)的藍(lán)綠波段脈沖激光成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有516?519nm脈沖激光器輸出能量不高的缺點，提供一種516?519nm脈沖全固態(tài)激光器，以獲得高脈沖能量的窄線寬激光脈沖輸出。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器，其特征在于其結(jié)構(gòu)包括單頻1.06 μ m脈沖激光器、光學(xué)參量振蕩-放大器、二倍頻模塊、三倍頻模塊和控制電路五部分:
[0009]所述的單頻1.06 μπι脈沖激光器依次由1.06 μm單頻脈沖振蕩器、隔離器、耦合透鏡、第一行波放大器、第一補(bǔ)償鏡組件、分束鏡、第一擴(kuò)束系統(tǒng)、第二行波放大器和第二補(bǔ)償鏡組件組成，所述的分束鏡與光路成45°設(shè)置，所述的1.06 μπι單頻脈沖振蕩器是種子注入單頻1.06 μπι脈沖激光器，該激光器輸出的激光經(jīng)所述的隔離器、耦合透鏡射入第一行波放大器，經(jīng)第一行波放大器放大后經(jīng)第一補(bǔ)償鏡組件由所述的分束鏡分為反射光束和透射光束，該透射光束經(jīng)第一擴(kuò)束系統(tǒng)和第二行波放大器繼續(xù)提升脈沖能量，由第二補(bǔ)償鏡組件輸出第二泵浦耦合光，所述的反射光束作為第一泵浦耦合光；
[0010]所述的光學(xué)參量振蕩-放大器由光學(xué)參量振蕩器和光學(xué)參量放大器構(gòu)成，構(gòu)成包括:沿第一泵浦耦合光路方向依次的聚焦鏡、第一反射鏡和能量可變衰減器、諧振前腔鏡、第一參量晶體、第二參量晶體、諧振后腔鏡、第二擴(kuò)束系統(tǒng)、第一二分之一波片、合束鏡、第三參量晶體、第四參量晶體，沿第二泵浦耦合光方向依次是角度反射鏡組、第二反射鏡、第三擴(kuò)束系統(tǒng)、第二二分之一波片和所述的合束鏡，所述的第一反射鏡、第二反射鏡與光路均成45°，放大的激光由所述的第四參量晶體的輸出，波長為1.55 μm，為后續(xù)倍頻模塊提供基波；
[0011]所述的二倍頻模塊的構(gòu)成，沿所述的第四參量晶體的輸出光路傳播方向由第一分光鏡、縮束系統(tǒng)、第三二分之一波片和二倍頻晶體構(gòu)成，所述的第一分光鏡與光路成45° ;
[0012]所述的三倍頻模塊的構(gòu)成，沿所述的二倍頻晶體的輸出光路傳播方向由特殊波片、三倍頻晶體和第二分光鏡構(gòu)成，所述的特殊波片對所述的基波為全波片，對二倍頻光為半波片，所述的第二分光鏡與光路成45°，其將三倍頻光分離出來，獲得藍(lán)綠波段脈沖激光輸出；
[0013]所述的控制電路由第一驅(qū)動電路模塊、第二驅(qū)動電路模塊、第三驅(qū)動電路模塊、單頻脈沖控制模塊和時序控制模塊構(gòu)成，所述的第一驅(qū)動電路接所述的單頻脈沖振蕩器的驅(qū)動端，所述的單頻脈沖控制模塊的輸出端接所述的單頻脈沖振蕩器的控制端，所述的第二驅(qū)動電路和第三驅(qū)動電路分別與所述的第一行波放大器和第二行波放大器的驅(qū)動端相連，所述的時序控制模塊的輸出端分別與所述的第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路和單頻脈沖控制模塊的時序控制端相連；
[0014]所述的前腔鏡鍍有1.55 μπι波段高反膜和對1.06 μπι泵浦光的增透膜；
[0015]所述的后腔鏡鍍有對1.55 μm具有30%?50%的透過率且對1.06 μπι泵浦光高透膜；
[0016]所述的合束鏡鍍有對1.55 μ m參量光的高透膜且對1.06 μ m泵浦光的高反膜；
[0017]所述的參量晶體均為臨界切割的砷酸鈦氧鉀晶體(KT1AsO4, KTA)；
[0018]所述的二倍頻晶體和三倍頻晶體均為I類相位匹配的偏硼酸鋇晶體(β -bariumborate, β-ΒΒ0)；
[0019]所述的特殊波片對所述的1.55 μ m基波為全波片，對0.77 μ m 二倍頻波為半波片，基波和二倍頻波0°入射于該波片，旋轉(zhuǎn)該特殊波片即可滿足高效三倍頻的相位匹配條件；
[0020]所述的1.06 μπι單頻脈沖振蕩器是Nd:YAG脈沖激光器或種子注入單頻電光調(diào)QNd = YAG脈沖激光器；
[0021]所述的聚焦透鏡對泵浦光束進(jìn)行變換，使其在諧振腔內(nèi)的光斑大小與諧振腔產(chǎn)生的諧振光斑大小一致；
[0022]所述的隔離器保證光路的單向傳輸，以免從放大器漏出的反向激光進(jìn)入振蕩器而影響其輸出特性；
[0023]所述的二分之一波片，其作用是將入射線偏振光調(diào)整為滿足后續(xù)條件的偏振態(tài)；
[0024]所述的單頻脈沖控制模塊，其作用是實現(xiàn)單頻窄線寬脈沖激光輸出，詳情參閱文獻(xiàn)王君濤等"Conductively cooled 250-Hz single frequency Nd:YAG laser, "Chin OptLett 8,670-672(2010)。
[0025]—種基于非線性光學(xué)變換技術(shù)的516?519nm脈沖全固態(tài)激光器，利用工藝成熟的單頻脈沖Nd:YAG振蕩放大器，在光參量技術(shù)中實現(xiàn)泵浦激光向信號光的轉(zhuǎn)換，接著將信號光作為基波，利用倍頻技術(shù)實現(xiàn)二次諧波輸出，最后利用三倍頻技術(shù)實現(xiàn)516?519nm波長激光輸出。由于單頻1.06 μ m激光單脈沖能量高(?800mJ)，大口徑的非線性晶體具有高損傷閾值，本發(fā)明中所述的藍(lán)綠波段脈沖激光器，有望實現(xiàn)窄線寬、高能量輸出。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0027]1.利用單頻納秒脈沖Nd:YAG激光作為抽運(yùn)源，可以得到窄線寬單頻脈沖激光。
[0028]2.利用近焦耳量級的脈沖Nd:YAG激光，結(jié)合高損傷閾值晶體，可以獲得mj量級的高能量的516?519nm脈沖激光輸出。
[0029]3.516?519nm激光器屬于太陽光譜弗朗霍夫暗線(518.36nm)，又處于海洋藍(lán)綠窗口，適用于水下通信系統(tǒng)。
[0030]4.高能量的516?519nm脈沖激光器，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離水下通信。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的光學(xué)系統(tǒng)原理示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖3是本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的二倍頻、三倍頻的相位匹配方式示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的光學(xué)系統(tǒng)原理示意圖。由圖1可知，本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器光學(xué)系統(tǒng)包括單頻1.06 μπι脈沖激光器1、光參量振蕩放大器2、二倍頻模塊3和三倍頻模塊4四部分，單頻脈沖激光器I輸出的激光進(jìn)入光參量振蕩放大器2，光參量振蕩放大器2輸出激光依次進(jìn)入二倍頻模塊3和三倍頻模塊4，在光參量振蕩放大器中將1.06 μ m激光轉(zhuǎn)換為信號光1.55 μ m輸出，作為腔外倍頻的基波，之后先經(jīng)過二倍頻晶體，部分基頻光轉(zhuǎn)為0.77 μ m的二倍頻光，再和剩余基頻光一起，通過三倍頻晶體，得到516?519nm的藍(lán)綠波段脈沖激光。
[0036]圖2是本發(fā)明藍(lán)綠波段脈沖全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)框圖，由圖可見，本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括單頻1.06 μ m脈沖激光器1，光學(xué)參量振蕩-放大器2，二倍頻模塊3，三倍頻模塊4及控制電路5五部分:
[0037]所述的單頻1.06 μ m脈沖激光器1，沿該脈沖振蕩器1_1的激光輸出方向依次是隔離器1-2、親合透鏡1-3、第一行波放大器1-4、第一補(bǔ)償鏡組件1-5、與光路成45°的分束鏡1-6、第一擴(kuò)束系統(tǒng)1-7、第二行波放大器1-8，和第二補(bǔ)償鏡組件1-9 ；
[0038]所述的光學(xué)參量振蕩-放大器2包括第一泵浦親合光路中的聚焦鏡2-1、第一反射鏡2-2、能量可變衰減器2-3、諧振前腔鏡2-4、第一參量晶體2-5、第二參量晶體2-6、諧振后腔鏡2-7、第二擴(kuò)束系統(tǒng)2-8、第一二分之一波片2-9、與光路成45°合束鏡2_1