專利名稱：一種可調(diào)諧紅-綠-藍(lán)-紫色激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器件領(lǐng)域，它闡述一種采用β-BaB2O4晶體倍頻可調(diào)諧激光晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調(diào)諧激光產(chǎn)生可調(diào)諧紅、綠、藍(lán)、紫色激光的小型激光器件。
背景技術(shù)：
目前，光電子材料與技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展中最迅速的一個(gè)領(lǐng)域，也是世界各國(guó)激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。由于小型低功率紅、綠、蘭、紫色激光光源在高密度光盤存儲(chǔ)、激光打印、彩色顯示、高分辨率光譜、海底通訊及激光醫(yī)療等領(lǐng)域存在著廣泛的應(yīng)用前景，使得蘭紫光材料成為世界光電子領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
一種可調(diào)諧藍(lán)紫色激光器的發(fā)明目的在于公開一種采用具有較大倍頻系數(shù)的β-BaB2O4晶體倍頻可調(diào)諧激光晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調(diào)諧激光產(chǎn)生可調(diào)諧紅、綠、藍(lán)、紫色激光的成本低的實(shí)用化小型激光光源。
首先，采用Ti3+Al2O3單晶體作為紅光—近紅外可調(diào)諧激光工作物質(zhì)，采用非相干光源或相干光源作為泵浦源，產(chǎn)生660nm-1200nm的可調(diào)諧激光。然后，采用β-BaB2O4晶體把660nm-1200nm的激光倍頻為330nm-600nm的可調(diào)諧藍(lán)紫色激光。所涉及的非相干光源是小型直管燈，可以是氙燈，也可以是氪燈，工作狀態(tài)可以是脈沖的，也可以是連續(xù)的，所采用Ti3+Al2O3單晶體是棒狀的。泵浦源可以放在激光棒側(cè)部，也可以放在端部。所采用的相干光源是我們自制的593nm的全固態(tài)腔內(nèi)和頻激光光源，其技術(shù)方案已經(jīng)申請(qǐng)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?2121037.3。所采用的Ti3+Al2O3單晶體是塊狀的，尺寸可以較小(如5mm×5mm×5mm)。所采用的BBO晶體可以按I類，也可以按II類的相位匹配方向切割。
本發(fā)明采用了兩種晶體，其中一種是可調(diào)諧激光晶體Ti3+Al2O3。Ti3+Al3O3晶體的結(jié)構(gòu)屬于三方晶系，空間群為D53d-R3c，晶胞參數(shù)為a＝4.7628，b＝13.0032，摻Ti3+離子的陽離子對(duì)稱性為Al3+-C3。1982年，Ti3+Al2O3晶體在室溫產(chǎn)生了極寬范圍的可調(diào)諧激光，優(yōu)良的激光性能使其受到廣泛的重視，數(shù)年之后便開始商業(yè)化，是繼Nd:YAG之后影響最大的激光晶體。其主要的優(yōu)點(diǎn)是(1)極寬的可調(diào)諧波段，2Eg→2T2g的最寬波段為660-1200nm，可以代替在此波段難于工作的染料4種以上；(2)輻射截面大，約為30～40×10-20cm2，是金綠寶石的10倍以上，轉(zhuǎn)換效率高；(3)在400-600nm存在一個(gè)很寬的吸收帶，室溫工作，適合多種泵浦源(如Ar+激光、倍頻Nd3+激光、Cu蒸汽激光和閃光燈等)泵浦，可以多種方式運(yùn)轉(zhuǎn)(脈沖ns、ps、fs，準(zhǔn)連續(xù)和連續(xù)等)；(4)基質(zhì)的物理化學(xué)性能很好；(5)可以采用多種成熟的方法(提拉法、熱交換法等)生長(zhǎng)晶體。所以當(dāng)采用400nm-600nm的泵浦源泵浦時(shí)，將產(chǎn)生660nm-1200nm的可調(diào)諧激光，顯然，Ti3+Al2O3晶體是一種成熟的商業(yè)化的激光晶體。由于Ti3+離子的濃度猝滅效應(yīng)較強(qiáng)，所以Ti3+離子的摻雜濃度一般都較小，經(jīng)過樣品合成和光譜實(shí)驗(yàn)研究，我們確定了Ti3+Al2O3晶體中Ti3+的摻雜濃度x值為0.05-0.15。而另一種晶體是具有大的倍頻系數(shù)的β-BaB2O4，它的結(jié)構(gòu)屬于三方晶系，是一個(gè)負(fù)軸晶體，空間群為R3C。其晶胞參數(shù)為a＝b＝12.547A，c＝12.736A。它存在著兩種相位匹配方式I類和II類。所謂相位匹配是指晶體在特定方向上基頻與倍頻光滿足相干增強(qiáng)條件，即ΔK＝0(K＝nω/c，其中K為波矢；n為相應(yīng)波長(zhǎng)的折射率；c為光速，ω為園頻率)，在同軸位相匹配條件下，基頻光與倍頻光的傳播方向共線，因?yàn)棣＝0，故有(1)對(duì)I類位相匹配方式(0+0＝e)n0w＝ne2w(θmI)(2)對(duì)II類位相匹配方式(0+e＝e)n0w+new＝2ne2w(θmII)
BBO晶體具有從紫外到近紅外很寬的相位匹配范圍(λw＝410～3500nm)。該晶體的有效非線性系數(shù)為dIeff＝F2(θmI，φ，dij)＝d15 Sinθ-d22 CosθSin3φdIIeff＝F1(θmII，φ，dij)＝d22 Cos2θSin3φ其中dij為該晶體的非線性系數(shù)，φ為晶體對(duì)a軸的方位角，θm為I類和II類相位匹配角。BBO晶體的折射率色散方程為n02＝2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)一0.01354λ2ne2＝2.3753-0.01224/(λ2-0.01667)-0.01516λ2當(dāng)λ＝660nm-1200nm時(shí)，θmI＝36.0～21.2°，θmII＝53.3～30.6°。
當(dāng)λ＝660nm-1200nm時(shí)，dIeff＝1.256～1.466pm/v，dIIeff＝0.452～1.063pm/v。
由于采用II類相位匹配方式時(shí)，晶體的有效倍頻系數(shù)比I類相位匹配的有效倍頻系數(shù)小得多，所以，應(yīng)該采用I類相位匹配方式。
本發(fā)明的成功實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)高效的紅—綠—藍(lán)—紫光區(qū)的可調(diào)諧激光輸出，波長(zhǎng)在一定的范圍可調(diào)，且光束質(zhì)量好，器件體積較小，效率高，具有自己的獨(dú)特之處，有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。


圖1是采用直管氙燈泵浦的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色(330nm-600nm)激光器示意圖。
圖2是采用自制的593nm波段的全固態(tài)激光光源作為泵浦源的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色(330nm-600nm)激光器示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一采用直管氙燈泵浦Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體棒。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖1.圖中(1)是Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體棒；(2)是直管氙燈；(3)是對(duì)λ＝660nm-1200nm波長(zhǎng)全反射的介質(zhì)鏡；(4)是對(duì)λ＝660nm-1200nm波長(zhǎng)透射的介質(zhì)鏡；(5)是可調(diào)濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A激光能量計(jì)；(8)是脈沖激光電源；(9)是聚光腔，為單橢圓腔，激光棒和泵浦光源分別聚于其中的一個(gè)焦點(diǎn)上。該單橢圓腔的長(zhǎng)軸2a＝10mm，短軸為2b＝8.5mm，內(nèi)側(cè)拋光鍍銀。
LPE-1A能量計(jì)用于測(cè)量激光輸出能量。如果把脈沖氙閃光燈換成重復(fù)率脈沖氙燈或連續(xù)發(fā)光的氪燈，則可以作成重復(fù)或連續(xù)的可調(diào)諧固體激光器，這時(shí)最好采用冷卻裝置，可以采用水冷、風(fēng)冷或半導(dǎo)體致冷。
實(shí)施例二采用自制的593nm波段的全固態(tài)激光光源作為泵浦源泵浦塊狀的Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)可調(diào)諧激光晶體。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖2.圖中(1)是塊狀Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)晶體；(10)是自制的593nm波段的全固態(tài)激光泵浦源；(11)是對(duì)λ＝660nm-1200nm波長(zhǎng)全反射和對(duì)593nm透射的介質(zhì)鏡；(12)是對(duì)λ＝660nm-1200nm波長(zhǎng)透射和對(duì)593nm全反射的介質(zhì)鏡；(5)是可調(diào)濾光鏡；(6)是BBO倍頻晶體；(7)是LPE-1A激光能量計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，由激光工作物質(zhì)(1)、泵浦源(2)、介質(zhì)鏡(3)，(4)、可調(diào)濾光鏡(5)、倍頻晶體(6)、能量計(jì)(7)、激光電源(8)和聚光腔(9)組成，其特征在于工作物質(zhì)是Ti3+Al2O3(x＝0.05-0.15)可調(diào)諧激光晶體；倍頻晶體(6)是β-BaB2O4。
2.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是采用的非相干光源是小型直管燈，如氙燈或氪燈，工作狀態(tài)是脈沖的或連續(xù)的。
3.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是593nm波段的全固態(tài)腔內(nèi)和頻激光光源。
4.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)放在激光工作物質(zhì)(1)的側(cè)部或端部。
5.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的激光工作物質(zhì)(1)是塊狀或棒狀的。
6.如權(quán)力要求1所述的可調(diào)諧紅—綠—藍(lán)—紫色激光器，其特征在于所述的倍頻晶體(6)是按I類或II類的相位匹配方式切割。
全文摘要
一種可調(diào)諧紅－綠－藍(lán)－紫色激光器涉及激光器件領(lǐng)域。闡述一種采用β－BaB
文檔編號(hào)H01S3/109GK1497803SQ0214384
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者涂朝陽, 吳柏昌, 李堅(jiān)富, 朱昭捷, 王燕, 黃燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所