基于磷酸鈦氧銣晶體的電光、倍頻功能復(fù)合的綠光激光器及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于磷酸鈦氧銣晶體的電光與倍頻功能復(fù)合的綠光激光器，屬于 激光技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大功率脈沖綠光激光器（A。= 532nm)在激光加工、激光雕刻及打標(biāo)等精密工業(yè) 領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。目前，獲得大功率脈沖綠光基本上是通過(guò)半導(dǎo)體激光器栗浦Nd3+ 離子激光增益介質(zhì)產(chǎn)生l〇64nm基頻脈沖光源（調(diào)Q技術(shù)）再倍頻的方法。整個(gè)激光系統(tǒng)包 含調(diào)Q和倍頻兩個(gè)主要部分：調(diào)Q可以采用聲光、電光及飽和吸收體調(diào)Q方式；倍頻晶體選 用KTP、LB0及RTP等非線性晶體。整個(gè)激光系統(tǒng)比較龐大，需要的晶體材料較多。例如，中 國(guó)專利文件CN103531998A公開了一種LD栗浦的雙脈沖激光器，其中激光晶體采用Nd:YV04 晶體，調(diào)制元件采用聲光Q開關(guān)，倍頻晶體為KTP晶體。該發(fā)明雖然實(shí)現(xiàn)了雙脈沖綠光激光 輸出，但整個(gè)激光系統(tǒng)比較龐大，需要調(diào)整的光學(xué)元器件較多，增加調(diào)節(jié)的難度，不利于工 業(yè)化的大批量生產(chǎn)與應(yīng)用。因而，設(shè)計(jì)和研發(fā)新型、緊湊的脈沖綠光器件成為本領(lǐng)域的新課 題，熱別是探究能將調(diào)Q和倍頻功能復(fù)合到一起的激光器件，能夠減少晶體的種類和器件 數(shù)量，節(jié)約成本，使激光器結(jié)構(gòu)緊湊，為此提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有脈沖綠光激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)難題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、將電 光和倍頻功能復(fù)合的綠光激光器。
[0004] 術(shù)語(yǔ)說(shuō)明：
[0005] RTP晶體，是磷酸鈦氧銣晶體的簡(jiǎn)稱，分子式：RbTi0P04。
[0006] AR:是增透，對(duì)某波長(zhǎng)的光透過(guò)率不低于99. 8% ;
[0007] AR@532&1064nm是 532nm和 1064nm增透膜的通用簡(jiǎn)稱；
[0008] HT:是高透，對(duì)某波長(zhǎng)的光透過(guò)率不低于99. 5% ;
[0009] HR:是高反，對(duì)某波長(zhǎng)的光反射率不低于99. 8%。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0011] -種電光與倍頻功能復(fù)合的綠光激光器，包括半導(dǎo)體激光器（LD)、親合光纖、光束 耦合聚焦系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、激光諧振腔、電光與倍頻功能復(fù)合器件，所述的電光與倍頻 功能復(fù)合器件由兩塊相同的RTP晶體組成，所述RTP晶體切割方向?yàn)椋╡，cp) = (90°, 57°)， RTP晶體兩通光面鍍AR@532&1064nm;
[0012] 所述RTP晶體Z面鍍金，以便施加1/4波電壓；
[0013] 所述兩塊RTP晶體的保持Z方向與激光通光方向成45°角放置，且兩塊RTP晶體 的Z方向相互垂直；
[0014] 所述激光增益介質(zhì)與電光與倍頻功能復(fù)合器件在激光諧振腔內(nèi)按光路方向依次 排列。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，兩塊RTP晶體尺寸相同，進(jìn)一步優(yōu)選RTP晶體尺寸為 2X2X5mm3、3X3X7mm3、4X4X10mm3、5X5X12mm3或 6X6X15mm3。RTP晶體兩通光面進(jìn)行 激光級(jí)拋光，然后再鍍AR@532&1064nm。特別優(yōu)選RTP晶體Z面鍍金。
[0016] 所述的兩塊RTP晶體的放置保持Z方向與激光通光方向成45°角，且兩晶體的Z 方向相互垂直，可進(jìn)一步描述為一塊RTP晶體順時(shí)針與通光方向成45°角，另外一塊RTP晶 體逆時(shí)針與通光方向成45°角。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的LD輸出波長(zhǎng)為808nm或者880nm，為激光增益介質(zhì)提供 栗浦能量。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的耦合光纖芯徑《。= 200ym，數(shù)值孔徑N.A. = 0. 22。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，所述的光束耦合聚焦系統(tǒng)由透鏡組構(gòu)成，聚焦比例應(yīng)根據(jù)諧振腔的 設(shè)計(jì)來(lái)決定，滿足模式匹配，本發(fā)明優(yōu)選1:1。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，所述的激光增益介質(zhì)為具有偏振輸出特性的晶體，優(yōu)選激光增益介 質(zhì)為Nd:YV04SNd:GdVO4晶體。所述Nd:YV0 4或Nd:GdVO4晶體沿結(jié)晶學(xué)a軸切割加工（即 其通光方向），通光面為正方形，正方形的兩邊分別對(duì)應(yīng)晶體的結(jié)晶學(xué)b和c軸，晶體兩通光 面激光級(jí)拋光，并鍍AR@532&1064nm。優(yōu)選Nd:YV04SNd:GdV0 4晶體長(zhǎng)度為l-10mm，進(jìn)一步 優(yōu)選Nd:YV04SNchGdVO4晶體長(zhǎng)度為5mm。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，所述的激光諧振腔包括輸入鏡和耦合輸出鏡。該激光諧振腔是直腔 或折疊腔。本發(fā)明優(yōu)選直腔諧振腔，激光增益介質(zhì)與電光倍頻功能復(fù)合器件依次緊湊排列， 腔長(zhǎng)30_。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述輸入鏡是曲率半徑R= -300mm的平凹鏡，平面鍍808nm 增透AR@808nm，凹面鍍HT@808nm，HR@532&1064nm;所述耦合輸出鏡為平面鏡，其激光腔面 鍍HR@1064nm，HT@532nm，輸出面鍍HT@532nm。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，所述電光與倍頻功能復(fù)合的綠光激光器的工作方式，步驟如下：
[0024]打開半導(dǎo)體激光器（LD)，LD發(fā)出的激光通過(guò)所述耦合光纖及光束耦合聚焦系統(tǒng) 耦合聚焦到激光增益介質(zhì)上；在兩塊RTP晶體Z面上同時(shí)施加1/4波電壓，諧振腔內(nèi)激光往 返RTP電光與倍頻復(fù)合功能器件相位差發(fā)生的偏移，激光的偏振方向偏轉(zhuǎn)90° ;無(wú)激光 輸出；
[0025] 撤掉所述的1/4波電壓，諧振腔內(nèi)激光利用積累的反轉(zhuǎn)粒子形成激光振蕩，產(chǎn)生 1064nm脈沖，該脈沖經(jīng)過(guò)RTP電光與倍頻功能復(fù)合器件時(shí)，滿足倍頻的相位匹配條件，實(shí)現(xiàn) 綠光脈沖激光輸出。
[0026] 本發(fā)明所述電光與倍頻功能復(fù)合的綠光激光器的工作原理：
[0027] 半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通過(guò)所述耦合光纖及光束耦合聚焦系統(tǒng)耦合聚焦到激 光增益介質(zhì)上；在兩塊RTP晶體上同時(shí)施加1/4波電壓，腔內(nèi)激光往返RTP電光與倍頻復(fù)合 功能器件相位差發(fā)生n的偏移，激光的偏振方向偏轉(zhuǎn)90°，經(jīng)過(guò)RTP電光與倍頻復(fù)合功能 器件的腔內(nèi)激光無(wú)法再獲得增益和放大，形成不了激光振蕩，無(wú)法實(shí)現(xiàn)激光輸出，因而反轉(zhuǎn) 粒子數(shù)能夠在激光上能級(jí)積累。當(dāng)撤掉所述的1/4波電壓時(shí)，腔內(nèi)激光往返RTP電光與倍 頻復(fù)合功能器件后，相位沒(méi)有變化，激光的振動(dòng)方向與之前相同，利用積累的反轉(zhuǎn)粒子形成 激光振蕩，產(chǎn)生l〇64nm脈沖，該脈沖經(jīng)過(guò)RTP電光與倍頻功能復(fù)合器件時(shí)，滿足倍頻的相位 匹配條件，實(shí)現(xiàn)綠光輸出。電光與倍頻功能復(fù)合器件對(duì)基頻l〇64nm激光進(jìn)行調(diào)Q，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 532nm綠光的轉(zhuǎn)換輸出。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)良效果在于：
[0029] RTP晶體是優(yōu)質(zhì)非線性晶體材料，單獨(dú)作為電光開關(guān)使用時(shí)，單塊RTP晶體存在靜 態(tài)雙折射，必須配對(duì)使用，晶體的切割角度為折射率X軸；本發(fā)明將RTP晶體的電光和倍頻 功能復(fù)合到一對(duì)晶體上，即用一對(duì)RTP晶體既可以對(duì)基頻1064nm脈沖激光進(jìn)行調(diào)Q，又能實(shí) 現(xiàn)綠光的轉(zhuǎn)換，輸出532nm綠光脈沖激光。本發(fā)明電光和倍頻功能復(fù)合基于對(duì)晶體器件的 新設(shè)計(jì)，RTP晶體切割角度為其倍頻角度沖）=(90°，57°)，以該角度再另行設(shè)計(jì)電光開 光，最終實(shí)現(xiàn)電光效應(yīng)與倍頻效應(yīng)的功能復(fù)合。該RTP晶