一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，激光二極管泵浦源發(fā)出增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，通過傳能光纖和耦合透鏡組聚焦于增益介質(zhì)內(nèi)部，增益介質(zhì)吸收泵浦光形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔共用反射鏡和激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔反饋作用下形成基頻激光振蕩；基頻激光經(jīng)過增益介質(zhì)時產(chǎn)生拉曼增益，當(dāng)拉曼增益大于諧振腔共用反射鏡、分束鏡和黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，在拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波經(jīng)過黃光輸出鏡輸出。采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，能夠大幅縮短基頻激光諧振腔長度，從而有效增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，應(yīng)用更高的泵浦功率，達到提升自拉曼黃光激光器輸出功率的效果。
【專利說明】一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]受激拉曼散射(SRS)是拓展激光相干輻射波長范圍的重要非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)之一，特別是以最容易獲得的波長1064nm附近的激光經(jīng)拉曼頻移后進行倍頻，能夠高效地產(chǎn)生用途廣泛的580-590nm黃光波段激光輸出。釩酸釔和釩酸釓等高性能激光增益介質(zhì)基質(zhì)具有很高的拉曼增益系數(shù)，因而可以實現(xiàn)一塊晶體同時作為激光增益介質(zhì)和拉曼增益介質(zhì)的自拉曼激光器。自拉曼激光器作為拉曼激光器的一種特殊形式，由于無需單獨的拉曼增益介質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本經(jīng)濟等優(yōu)點，自2004年首次實驗實現(xiàn)以來，得到了迅速發(fā)展；自拉曼黃光激光器相關(guān)的研究成果也有很多文獻報道和專利授權(quán)。
[0003]對于自拉曼激光器來說，基頻激光諧振腔的穩(wěn)區(qū)，也即諧振腔允許的熱透鏡焦距范圍，決定了所能應(yīng)用的最高泵浦功率；自拉曼激光器激光發(fā)射和SRS過程在同一晶體中發(fā)生，晶體內(nèi)的熱效應(yīng)遠比一般激光器嚴重，高泵浦功率下，嚴重的熱透鏡效應(yīng)使得諧振腔不能工作在穩(wěn)區(qū)之內(nèi)，泵浦功率受限已經(jīng)成為其輸出功率進一步提升的最主要障礙，參見文獻 “H.Y.Zhu et al., Efficient second harmonic generation of doubleend diffusion-bonded Nd: YVO4SeIf-Raman laser producing?.9W yellow light,Opt.Express2009, 17，21544”。目前見諸報道的自拉曼黃光激光器多采用基頻激光與受激拉曼散射產(chǎn)生的斯托克斯光共用一個諧振腔的直腔結(jié)構(gòu)，這種諧振腔結(jié)構(gòu)存在明顯的問題:由于腔內(nèi)光學(xué)元件較多，一般包括增益介質(zhì)、Q開關(guān)、倍頻晶體、諧波片等[見專利授權(quán)200820024640.6，耦合腔自拉曼倍頻全固體黃光激光器，從振華等]，諧振腔的長度難以做到很短，很難通過壓縮諧振腔長度實現(xiàn)增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，繼續(xù)提高輸入泵浦功率的目的；同時，SRS屬于三階非線性效應(yīng)，其增益相對較低，因而轉(zhuǎn)換效率對損耗極其敏感，SRS的斯托克斯光諧振腔內(nèi)過多光學(xué)元件帶來的插損對自拉曼激光器的轉(zhuǎn)換效率也非常不利；另外，由于晶體中熱透鏡并非理想透鏡，其對基頻激光和斯托克斯光傳輸?shù)挠绊懲煌耆嗤?，?dǎo)致諧振腔的準(zhǔn)直很難使基頻激光和斯托克斯光同時運轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)，也影響了自拉曼激光器的轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，本發(fā)明解決了現(xiàn)有自拉曼黃光激光器泵浦功率受熱效應(yīng)和諧振腔穩(wěn)區(qū)的限制，以及斯托克斯光諧振腔內(nèi)元件多插損大的問題，詳見下文描述:
[0005]一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，所述自拉曼黃光激光器包括:激光二極管泵浦源、傳能光纖、耦合透鏡組、諧振腔共用反射鏡、增益介質(zhì)、分束鏡、激光全反鏡、倍頻晶體、黃光諧波鏡和黃光輸出鏡；
[0006]其中，所述諧振腔共用反射鏡為平鏡，鍍有泵浦光增透膜、基頻激光和斯托克斯光高反膜；所述增益介質(zhì)鍍基頻激光和斯托克斯光增透膜；所述分束鏡單面鍍斯托克斯光高反膜，雙面鍍基頻激光增透膜；所述激光全反鏡鍍基頻激光高反膜；所述倍頻晶體鍍斯托克斯光和黃光二次諧波增透膜；所述黃光諧波鏡鍍斯托克斯光增透、黃光二次諧波高反膜；所述黃光輸出鏡鍍斯托克斯光高反、黃光二次諧波增透膜；
[0007]所述激光二極管泵浦源發(fā)出所述增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光通過所述傳能光纖和所述耦合透鏡組聚焦于所述增益介質(zhì)內(nèi)部，所述增益介質(zhì)吸收所述泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在所述諧振腔共用反射鏡和所述激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔正反饋作用下形成基頻激光振蕩；基頻激光經(jīng)過所述增益介質(zhì)時產(chǎn)生拉曼增益，基頻激光的強度隨著泵浦功率的增加而升高，拉曼增益也隨之升高，當(dāng)拉曼增益大于所述諧振腔共用反射鏡、所述分束鏡和所述黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，發(fā)生受激拉曼散射，在所述拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在所述倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波，所述黃光二次諧波經(jīng)過所述黃光輸出鏡輸出。
[0008]所述自拉曼黃光激光器還包括:聲光Q開關(guān)，所述聲光Q開關(guān)雙面鍍基頻激光增透膜，通過所述聲光Q開關(guān)使所述基頻激光實現(xiàn)脈沖運轉(zhuǎn)。
[0009]所述黃光諧波鏡用于收集反向傳輸?shù)狞S光二次諧波。
[0010]所述增益介質(zhì)具體為:Nd:YVO4、NchGdVO4 或 Nd:LuV04。
[0011]所述倍頻晶體具體為:LBO晶體、BBO晶體或PPLN晶體。
[0012]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明通過采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，在保留自拉曼激光器僅用一 塊增益介質(zhì)因而經(jīng)濟緊湊這一主要優(yōu)點的同時，將基頻激光諧振腔與拉曼諧振腔部分分離而不再完全重合，基頻激光諧振腔內(nèi)不再包含倍頻晶體和黃光諧波鏡，一方面減小諧振腔的插入損耗，另一方面能夠大幅縮短基頻激光諧振腔的長度，從而有效增大諧振腔穩(wěn)區(qū)，應(yīng)用更高的泵浦功率，達到提高自拉曼黃光激光器輸出功率的有益效果；此外，基頻激光諧振腔和拉曼諧振腔的準(zhǔn)直可以分別進行優(yōu)化，克服了不均勻的熱透鏡導(dǎo)致基頻激光光束和斯托克斯光光束分離，影響轉(zhuǎn)換效率的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0015]1:激光二極管泵浦源；2:傳能光纖；
[0016]3:耦合透鏡組；4:諧振腔共用反射鏡；
[0017]5:增益介質(zhì)；6:分束鏡；
[0018]7:聲光Q開關(guān)8:激光全反鏡；
[0019]9:倍頻晶體；10:黃光諧波鏡；
[0020]11:黃光輸出鏡。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0022]為了解決現(xiàn)有自拉曼黃光激光器泵浦功率受熱效應(yīng)和諧振腔穩(wěn)區(qū)的限制，以及斯托克斯光諧振腔內(nèi)元件多插損大的問題，提高自拉曼黃光激光器的性能，本發(fā)明實施例提供了一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，參見圖1，詳見下文描述:一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，包括:激光二極管泵浦源1、傳能光纖2、耦合透鏡組3、諧振腔共用反射鏡
4、增益介質(zhì)5、分束鏡6、聲光Q開關(guān)7、激光全反鏡8、倍頻晶體9、黃光諧波鏡10和黃光輸出鏡11，
[0023]其中，增益介質(zhì)5選用a切割Nd = YVO4晶體，其基頻激光波長為1064nm，對應(yīng)890cm—1拉曼譜線的一階斯托克斯光波長為1176nm，晶體規(guī)格為3X3X15 mm3，摻雜濃度
0.3%，兩端鍍有800-1200nm增透膜系；諧振腔共用反射鏡4為平鏡，鍍1064nm和1176nm高反膜以及泵浦光波段增透膜系；分束鏡6為平鏡，鍍1064nm高透，1176nm高反膜系；聲光Q開關(guān)7鍍1064nm增透膜系，驅(qū)動超聲波頻率80MHz，射頻功率15W ;激光全反鏡8鍍1064nm高反膜系；倍頻晶體9選用三硼酸鋰(LBO)晶體，晶體規(guī)格為3X3X15 mm3，采用Θ =90°、(P=0°b刀割非臨界相位匹配，用帕爾貼片(TEC)加溫至41.5°C工作；黃光諧波鏡10鍍1176nm高透、588nm高反膜系；黃光輸出鏡11鍍1176nm高反、588nm高透膜系；
[0024]激光二極管泵浦源I發(fā)射增益介質(zhì)5吸收帶內(nèi)的泵浦光，經(jīng)過傳能光纖2輸出，經(jīng)耦合透鏡組3聚焦后透過諧振腔共用反射鏡4進入增益介質(zhì)5，即NchYVO4晶體內(nèi)部；在泵浦作用下NchYVO4晶體形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光增益，在諧振腔共用反射鏡4和激光全反鏡8構(gòu)成的基頻激光諧振腔提供的反饋作用下形成波長為1064nm的基頻激光振蕩；腔內(nèi)的1064nm基頻激光經(jīng)過增益介質(zhì)5，即NchYVO4晶體時，產(chǎn)生拉曼增益；諧振腔共用反射鏡4、分束鏡6以及黃光輸出鏡11構(gòu)成自拉曼激光器的1176nm斯托克斯光諧振腔，當(dāng)拉曼增益超過諧振腔損耗后，在諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；1176nm斯托克斯光在倍頻晶體9中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生588nm黃光經(jīng)過黃光輸出鏡11輸出；聲光Q開關(guān)7起到使1064nm基頻激光脈沖運轉(zhuǎn)，以提高其峰值功率進而提高受激拉曼散射以及倍頻過程非線性增益的作用；黃光諧波鏡10起到收集反向傳輸?shù)?88nm黃光，提高黃光輸出功率的作用。
[0025]其中，增益介質(zhì)5可以為Nd: YVO4，也可以選用Nd:GdVO4、Nd:LuVO4等其它可用做自拉曼增益介質(zhì)的摻釹釩酸鹽晶體，分別對應(yīng)不同的基頻激光和斯托克斯光波長，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。
[0026]其中，倍頻晶體9可以為LBO晶體，也可以為偏硼酸鋇(BBO)、周期極化鈮酸鋰(PPLN)等其他常用非線性晶體，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。
[0027]綜上，本發(fā)明的目的在于解決熱透鏡效應(yīng)限制自拉曼激光器的最高泵浦功率，阻礙其輸出功率提升的問題。通過采用復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，自拉曼激光器的基頻激光與斯托克斯光不再完全共用同一諧振腔，倍頻晶體等元件不再置于基頻激光諧振腔內(nèi)，從而能夠有效縮短基頻激光諧振腔長度，起到增大穩(wěn)區(qū)、提高最大泵浦功率的有益效果；同時基頻激光諧振腔和斯托克斯光諧振腔可以分別優(yōu)化準(zhǔn)直，有助于提高激光器的轉(zhuǎn)換效率。
[0028]本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述自拉曼黃光激光器包括:激光二極管泵浦源、傳能光纖、耦合透鏡組、諧振腔共用反射鏡、增益介質(zhì)、分束鏡、激光全反鏡、倍頻晶體、黃光諧波鏡和黃光輸出鏡； 其中，所述諧振腔共用反射鏡為平鏡，鍍有泵浦光增透膜、基頻激光和斯托克斯光高反膜；所述增益介質(zhì)鍍基頻激光和斯托克斯光增透膜；所述分束鏡單面鍍斯托克斯光高反膜，雙面鍍基頻激光增透膜；所述激光全反鏡鍍基頻激光高反膜；所述倍頻晶體鍍斯托克斯光和黃光二次諧波增透膜；所述黃光諧波鏡鍍斯托克斯光增透、黃光二次諧波高反膜；所述黃光輸出鏡鍍斯托克斯光高反、黃光二次諧波增透膜； 所述激光二極管泵浦源發(fā)出所述增益介質(zhì)內(nèi)吸收帶內(nèi)的泵浦光，所述泵浦光通過所述傳能光纖和所述耦合透鏡組聚焦于所述增益介質(zhì)內(nèi)部，所述增益介質(zhì)吸收所述泵浦光，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在所述諧振腔共用反射鏡和所述激光全反鏡構(gòu)成的激光諧振腔正反饋作用下形成基頻激光振蕩；基頻激光經(jīng)過所述增益介質(zhì)時產(chǎn)生拉曼增益，基頻激光的強度隨著泵浦功率的增加而升高，拉曼增益也隨之升高，當(dāng)拉曼增益大于所述諧振腔共用反射鏡、所述分束鏡和所述黃光輸出鏡構(gòu)成的拉曼諧振腔的腔損耗后，發(fā)生受激拉曼散射，在所述拉曼諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定的斯托克斯光振蕩；斯托克斯光在所述倍頻晶體中發(fā)生倍頻，產(chǎn)生黃光二次諧波，所述黃光二次諧波經(jīng)過所述黃光輸出鏡輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述自拉曼黃光激光器還包括:聲光Q開關(guān)， 所述聲光Q開關(guān)雙面鍍基頻激光增透膜，通過所述聲光Q開關(guān)使所述基頻激光實現(xiàn)脈沖運轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述黃光諧波鏡用于收集反向傳輸?shù)狞S光二次諧波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述增益介質(zhì)具體為=Nd: YVO4, Nd: GdVO4 或 Nd: LuV04。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的自拉曼黃光激光器，其特征在于，所述倍頻晶體具體為:LB0晶體、BBO晶體或PPLN晶體。
【文檔編號】H01S3/109GK103996968SQ201410227631
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】盛泉, 丁欣, 李斌, 范琛, 張巍, 姜鵬波, 劉簡, 趙岑, 史偉, 姚建銓 申請人:天津大學(xué)