技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種綠光輸出光纖激光器。

背景技術(shù)：

光纖激光器以其體積小、電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)激光應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅速，目前廣泛應(yīng)用的有1064nm、1550nm、2000nm三種激光波長輸出的連續(xù)或者脈沖形式的光纖激光器。由于不同材料對波長的作用，在激光投影、水下成像、玻璃等非金屬材料應(yīng)用中綠光激光器成為理想的激光光源。目前532nm激光輸出的方案常采用非線性倍頻晶體對1064nm輸出的基頻光進(jìn)行二次倍頻實(shí)現(xiàn)綠光輸出。

在全固態(tài)激光器中利用非線性頻率變換技術(shù)獲得可見光波段激光輸出的應(yīng)用特別成熟，特別是全固態(tài)激光腔內(nèi)倍頻技術(shù)，但固體激光器的體積大、電光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差、維護(hù)成本高。由于光纖激光器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，綠光輸出的光纖激光器的研究備受關(guān)注。例如：專利“540nm 全光纖結(jié)構(gòu)大功率綠光光纖激光器（公開號為CN201210222630.4）”中采用腔內(nèi)倍頻的方式將具有準(zhǔn)直聚焦功能的倍頻晶體配合一個540nm全反射光纖光柵在1064nm的諧振腔內(nèi)搭建倍頻腔實(shí)現(xiàn)540nm的綠光輸出。該系統(tǒng)為獲得高功率的綠光輸出要求所有的光纖均為保偏光纖，對器件熔接要求高，整機(jī)成本偏高。專利“一種綠光光纖激光器（公開號為CN201110302554.3）”采用腔外倍頻的方式，使用透鏡組將光纖激光器輸出的基頻光聚焦到布儒斯特片上，布儒斯特片透射光進(jìn)行二次倍頻實(shí)現(xiàn)綠光輸出，該系統(tǒng)存在倍頻效率低的問題，產(chǎn)生高功率倍頻光輸出比較困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種綠光輸出光纖激光器，通過設(shè)置偏振分光鏡分束，倍頻晶體二次諧波以及偏振合束器合束，提高基頻激光倍頻效率，避免低功率的綠光輸出。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種綠光輸出光纖激光器，其包括：基頻激光系統(tǒng)與倍頻系統(tǒng)；倍頻系統(tǒng)包括接收由基頻激光系統(tǒng)發(fā)射的基頻激光的準(zhǔn)直聚焦透鏡組；偏振分光鏡，偏振分光鏡將基頻激光分離成兩束傳播方向夾角成90度角且相互垂直的第一線偏振光與第二線偏振光；其中，第一線偏振光經(jīng)過倍頻晶體及第一反射鏡進(jìn)入偏振合束器；第二線偏振光經(jīng)過第二反射鏡及倍頻晶體進(jìn)入偏振合束器；偏振合束器疊加第一線偏振光與第二線偏振光成的綠光激光；以及接收綠光激光的輸出鏡，輸出鏡進(jìn)行整形輸出。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述基頻激光系統(tǒng)為輸出激光隨機(jī)偏振態(tài)的常規(guī)連續(xù)輸出光纖激光器、調(diào)Q或MOPA結(jié)構(gòu)脈沖輸出光纖激光器。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述準(zhǔn)直聚焦透鏡組由準(zhǔn)直透鏡及聚焦透鏡組成，且準(zhǔn)直聚焦透鏡組將基頻激光系統(tǒng)輸出的基頻激光進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦到偏振分光鏡。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述偏振分光鏡為一種在兩個直角玻璃棱鏡間交替地鍍上高折射率和低折射率的膜層，并膠合而成的一塊立方棱鏡。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述倍頻晶體為三硼酸鋰晶體LBO、偏硼酸鋇晶體BBO、磷酸鈦氧鉀晶體KDP或者磷酸二氫鉀晶體KTP的非線性晶體。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述倍頻晶體置于升溫爐。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述倍頻晶體將第一線偏振光與第二線偏振光進(jìn)行二次諧波作用。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述第一反射鏡為鍍有532nm的激光全反射膜層的鏡片；第二反射鏡為鍍有1064nm的激光全反射膜層的鏡片；且第一反射鏡與第二反射鏡偏轉(zhuǎn)激光傳輸方向。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述第一反射鏡與第二反射鏡都與激光傳輸方向成預(yù)定角度，預(yù)定角度為45度。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述偏振合束器與偏振分光鏡結(jié)構(gòu)相同，偏振分光鏡對基頻激光進(jìn)行分束，偏振合束器對第一線偏振光與第二線偏振光進(jìn)行合束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請可以獲得包括以下技術(shù)效果：

1）采用偏振分光鏡將偏振態(tài)隨機(jī)分布的基頻光分離成兩束偏振狀態(tài)互相垂直的偏振光，兩束偏振光分別采用倍頻晶體進(jìn)行二次倍頻，提高1064nm基頻光的利用率，有效提高激光的倍頻效率。

2）采用偏振合束器將兩束532nm的倍頻綠光疊加在一起輸出，有效提高綠光激光的輸出功率。

當(dāng)然，實(shí)施本申請的任一產(chǎn)品必不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的綠光輸出光纖激光器的光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的偏振分光鏡工作原理示意圖。

附圖標(biāo)記

基頻激光系統(tǒng)10，倍頻系統(tǒng)20，準(zhǔn)直聚焦透鏡組21，準(zhǔn)直透鏡21a，聚焦透鏡21b，偏振分光鏡22，倍頻晶體23，第一反射鏡24，第二反射鏡25，偏振合束器26，輸出鏡27，膜層30，基頻激光A，綠光激光S，第一線偏振光a1，第二線偏振光a2，預(yù)定角度θ，入射光M，透射光m1，反射光m2。

具體實(shí)施方式

以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請的實(shí)施方式，藉此對本申請如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

請首先參考圖1，圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的綠光輸出光纖激光器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，一種綠光輸出光纖激光器包括基頻激光系統(tǒng)10與倍頻系統(tǒng)20；倍頻系統(tǒng)20包括接收由基頻激光系統(tǒng)10發(fā)射的基頻激光A的準(zhǔn)直聚焦透鏡組21；偏振分光鏡22，偏振分光鏡22將基頻激光A分離成兩束傳播方向夾角成90度角且相互垂直的第一線偏振光a1與第二線偏振光a2；其中，第一線偏振a1光經(jīng)過倍頻晶體23及第一反射鏡24進(jìn)入偏振合束器26；第二線偏振光a2經(jīng)過第二反射鏡25及倍頻晶體23進(jìn)入偏振合束器26；偏振合束器26疊加第一線偏振光a1與第二線偏振光a2成的綠光激光S；以及接收綠光激光S的輸出鏡27，輸出鏡27進(jìn)行整形輸出。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，基頻激光系統(tǒng)10輸出基頻激光A，傳輸?shù)綔?zhǔn)直聚焦透鏡組21，準(zhǔn)直聚焦透鏡組21將基頻激光A進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦到偏振分光鏡22上，偏振分光鏡22將基頻激光A分離成傳播方向夾角成90度且互相垂直的兩束線偏振光，即第一線偏振光a1與第二線偏振光a2。之后，兩束線偏振光分別經(jīng)過倍頻晶體23，倍頻晶體23的非線性作用實(shí)現(xiàn)其兩的二次變頻。最后兩束偏振狀態(tài)相互垂直的綠光經(jīng)偏振合束器26疊加，經(jīng)過輸出鏡27實(shí)現(xiàn)高效率綠光激光S的輸出。提高基頻激光A的利用率，有效提高激光的倍頻效率。

本方案中，基頻激光系統(tǒng)10為輸出激光隨機(jī)偏振態(tài)的常規(guī)連續(xù)輸出光纖激光器、調(diào)Q或MOPA結(jié)構(gòu)脈沖輸出光纖激光器。即基頻激光系統(tǒng)10采用傳統(tǒng)的連續(xù)光纖激光器、調(diào)Q或MOPA結(jié)構(gòu)脈沖光纖激光器，由此該基頻激光系統(tǒng)10使用光纖直接輸出1064nm的基頻激光A，而且其輸出光的偏振狀態(tài)為隨機(jī)偏振態(tài)，以便得到理想的激光光源，方便實(shí)用。

接下來，請繼續(xù)參考圖1。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，準(zhǔn)直聚焦透鏡組21由準(zhǔn)直透鏡21a及聚焦透鏡21b組成，且準(zhǔn)直聚焦透鏡組21將基頻激光系統(tǒng)10輸出的基頻激光A進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦到偏振分光鏡22。由此一來，準(zhǔn)直聚焦透鏡組21同時具備準(zhǔn)直和聚焦功能，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

請一并參考圖1與圖2，圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的偏振分光鏡22工作原理示意圖。如圖所示，偏振分光鏡22為一種在兩個直角玻璃棱鏡間交替地鍍上高折射率和低折射率的膜層30，并膠合而成的一塊立方棱鏡。入射光M垂直于棱鏡表面，以45度角入射到多層介質(zhì)膜層30，經(jīng)反射和透射后，反射光m2和透射光m1垂直于棱鏡表面以分開90度方向出射。出射的反射光m2和透射光m1為兩束振動方向互相垂直的線偏振光。

此外，合理選擇膜層30的折射率及膜層30的層數(shù)可以得到透射光m1為振動方向垂直于反射光m2的線偏振光。例如偏硼酸鋇、冰晶石、釩酸釔等材料制作的格蘭棱鏡、布儒斯特偏振棱鏡、偏振分光器PBS等使用的膜層30，本發(fā)明不以此為限。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，倍頻晶體23為三硼酸鋰晶體LBO、偏硼酸鋇晶體BBO、磷酸鈦氧鉀晶體KDP或者磷酸二氫鉀晶體KTP的非線性晶體。非線性晶體透光性好，激光損傷闕值高。

此外，倍頻晶體23將第一線偏振光a1與第二線偏振光a2進(jìn)行二次諧波作用，能將1064nm的基頻激光A轉(zhuǎn)換成532nm的綠光激光S。

同時在實(shí)際使用過程中為提高倍頻晶體23的倍頻效率，減少晶體內(nèi)部“灰跡”產(chǎn)生，可將倍頻晶體23置于升溫爐（未繪示）。

請參考圖1。第一反射鏡24為鍍有532nm的激光全反射膜層的鏡片；第二反射鏡25為鍍有1064nm的激光全反射膜層的鏡片；且第一反射鏡24與第二反射鏡25偏轉(zhuǎn)激光傳輸方向。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，第一線偏振光a1經(jīng)過倍頻晶體23作用成為532nm的綠光激光S，所以第一反射鏡24需要鍍532nm的激光全反射膜層，而第二線偏振光a2為1064nm的基頻激光A，需要先經(jīng)過第二反射鏡25反射，再由倍頻晶體23作用，因此第二反射鏡25需要鍍1064nm的激光全反射膜層。

此外，第一反射鏡24與第二反射鏡25都與激光傳輸方向成預(yù)定角度θ，預(yù)定角度θ為45度，是以反射出與原始激光傳輸方向成90度的激光，對應(yīng)偏振分光鏡22的分束，實(shí)現(xiàn)偏振合束器26的合束。

值得一提的是，本發(fā)明的偏振合束器26與偏振分光鏡22結(jié)構(gòu)相同，偏振分光鏡22對基頻激光A進(jìn)行分束，偏振合束器26對第一線偏振光a1與第二線偏振光a2進(jìn)行合束，更詳細(xì)而言，即偏振合束器26實(shí)現(xiàn)經(jīng)過倍頻晶體23作用的兩束線偏振光的合束并疊加，得到高效率的綠光激光S，提高綠光激光S的輸出功率。

本發(fā)明的工作原理：常規(guī)的連續(xù)光纖激光器、調(diào)Q或MOPA結(jié)構(gòu)脈沖光纖激光器系統(tǒng)中采用的有源光纖及器件用的無源光纖均為普通的光纖而不是保偏光纖，其1064nm輸出光為偏振態(tài)隨機(jī)分布的激光。本發(fā)明采用偏振分光鏡22將1064nm的基頻激光A分離成兩束傳播方向成90度夾角且偏振態(tài)互相垂直的兩束線偏振光，兩束線偏振光各自經(jīng)過倍頻晶體23，形成兩束振動方向互相垂直的532nm的綠光激光S輸出，兩束532nm的綠光激光S經(jīng)偏振合束器26進(jìn)行疊加，形成一束光最后經(jīng)輸出鏡27進(jìn)行整形輸出。

上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述申請構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。。