專利名稱：一種準三能級激光器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光電子及激光技術技術領域，具體的涉及一種0.9X μ m準三能級激光
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背景技術：
Nd3+準三能級躍遷產生的激光譜線位于0. 9Χμ m (其中0. 9彡0. 9X<1. 0)波段附近，能夠產生更短的波長(較1 μ m)，這個譜段的激光在水蒸氣探測、臭氧探測以及差分吸收雷達上有著很多特殊的應用。更重要的是，經過倍頻可以轉換至藍光譜區，由于藍光激光在高密度數據存儲，RGB全色顯示，生物醫學，高分辨率打印，水下通信和拉曼光譜等方面有著廣泛的用途。1987年，斯坦福大學的Fan和Byer建立了準三能級激光器的理論模型，闡明了準三能級激光系統中獨特的再吸收機制，并采用808 nm LD抽運Nd: YAG棒，首次在室溫下獲得了 946 nm的連續激光輸出。此后，隨著中高功率半導體激光器的發展成熟，性能優良的新型激光介質的不斷涌現，激光器泵浦類型和激光介質幾何形狀的多樣化，0. 9X μ m準三能級激光器呈現出蓬勃發展局面。摻釹釩酸鹽具有吸收截面和吸收線寬較大，0.9X ym躍遷的受激發射截面大，能夠產生偏振光等優異的光學性能和熱導率高、熱膨脹系數較小、硬度大，晶體質量好等良好的物理性能，這一類晶體已經逐漸成為0. 9X μ m準三能級激光器和藍光激光器中的首選激光介質。目前，采用摻釹釩酸鹽晶體作為激光介質的準三能級激光器成為0. 9X μ m激光器研究和尋求突破的重點。從本質上來講，由于共用激光上能級，0. 9X μ m譜線需要與1.06 μ m和1.3 μ m譜線進行模式競爭，而前者的受激發射截面僅為1. 06 μ m的1/10左右，因此對于激光晶體的選取(摻雜濃度和晶體長度的乘積NdKconst)、諧振腔設計和鍍膜要求都很苛刻，實現起來困難重重。目前，摻釹釩酸鹽0. 9X μ m準三能級激光器主要存在著以下問題亟待解決。第一， 輸出功率低；目前最大輸出功率僅為16. 2 W，屬于中低功率激光器。第二，轉換效率低，光光轉換效率大多低于30% ；較低的效率一方面造成了高的功耗，另一方面會造成較大的熱效應，從而嚴重影響準三能級激光器的整體性能。第三，光束質量差，激光器亮度低，很難達到實用要求。
發明內容
為克服現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種實現高效率、低閾值、高亮度0.9X ym激光的0.9X μ m準三能級激光器。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明采用了以下技術方案
一種準三能級激光器，其在光路上依次設置有一用于將激光介質中的Nd3+泵浦至0. 9X μ m準三能級激光器的上能級的偏振泵浦光產生單元，所述偏振泵浦光產生單元為一中心波長在500 nm到900 nm之間的激光器，所述激光器輸出激光的偏振度大于0. 9 ；—用于將所述偏振泵浦光產生單元輸出的激光束修飾成與激光介質和光學諧振腔相匹配的泵浦光束的光束整形單元；一通過受激躍遷用于產生0. 9X μ m光子的增益介質單元；和一產生 0.9X ym激光的0.9X μ m光學諧振腔單元。進一步的，所述偏振泵浦光產生單元為半導體激光器、光纖激光器、氣體激光器或半導體泵浦的固體激光器。進一步的，所述光束整形單元為一幾何整形系統、或為一光譜整形系統，或為幾何整形與光譜整形的綜合系統。進一步的，所述光束整形單元是由單個透鏡、光柵、空間濾波器、多模光纖構成，或者由透鏡、光柵、空間濾波器、多模光纖中的兩種或者兩種以上組成的。進一步的，所述增益介質單元為圓柱形的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或六面體狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或碟片狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或為光纖狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷。進一步的，所述光學諧振腔單元主要由前諧振腔鏡和后諧振腔鏡構成，所述前諧振腔鏡和后諧振腔鏡之間依次放置有空間濾波器、偏振片、雙折射濾光片、F-P標準具、體布拉格光柵中的N種，所述N的范圍為0彡N<5。所述0.9X μ m光學諧振腔單元為直線腔、 V型腔、Z型腔或環形腔。所述前、后諧振腔鏡用于控制0. 9X μ m、1. 06 μ m禾Π 1. 3 μ m譜線的反射透射率，為產生的0. 9X μ m振蕩光子提供正反饋，通過往返于所述前、后諧振腔鏡之間，并從激活的增益介質中獲取能量，實現能量的積累和放大；所述空間濾波器用于控制腔內激光的橫模模式，所述偏振片用于控制腔內激光的偏振模式，所述雙折射濾光片用于控制腔內激光的縱模模式，所述的F-P標準具用于控制腔內激光的縱模模式，體布拉格光柵用于控制腔內激光的縱模模式，確保激光束的高亮度輸出。本發明的0.9X μ m準三能級激光器實現了高效率、低閾值、高亮度0.9X ym激光的新方法，采用偏振的激光作為泵浦光，利用摻釹釩酸鹽激光介質的偏振吸收特性，在保證 0. 9X μ m準三能級激光譜線率先起振的情況下，大大提高激光介質對泵浦光的吸收效率， 從而顯著提高0. 9X μ m激光器的光光轉換效率和斜坡效率。具體的來說，與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
(1)采用偏振泵浦光產生單元，能夠有效提高增益介質對泵浦光的吸收率，從而大大提高激光器的斜坡效率；
(2)對泵浦光吸收效率的提高，可以大大降低激光器的閾值功率，提高激光器整體的光光轉換效率；
(3)閾值功率的顯著降低，可以減輕激光介質的熱效應，有利于實現高亮度0.9Xμπι激光輸出；
(4)對泵浦光的有效吸收，可以解決由于未吸收泵浦光過多帶來的附加熱效應問題，能夠提高激光器的穩定性。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中 圖1為本發明的準三能級激光器結構示意圖。圖2為本發明的光學諧振腔單元的結構示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。實施例1
參見圖1所示，一種實現高效率、低閾值、高亮度0.9X μ m激光的準三能級激光器，實現該方法的裝置包括以下四部分偏振泵浦光產生單元1、光束整形單元2、增益介質單元3 和0.9X μ m光學諧振腔單元4;
所述偏振光產生單元1包括一偏振半導體激光器，其工作模式為連續工作模式，偏振度0. 9，最大連續泵浦功率為30W，輸出波長為808nm。所述光束整形單元2包括一多模光纖，一準直聚焦透鏡組。其中的多模光纖芯徑 200 μ m,數值孔徑NA=O. 18 ；準直聚焦透鏡組由4片非球面透鏡組成，透鏡表面鍍有對808 nm透射率為99. 5%的膜系，能夠連續調節注入晶體內部的光束束腰大小。所述的增益介質單元3為摻釹釩酸鹽單晶，激光增益介質采用側面散熱，被包裹在紫銅散熱器中，散熱器底部與熱電制冷器(TEC)上表面連接，TEC底面與散熱片連接，通過風扇的強制制冷將熱量攜帶走。所述的0.9X μ m光學諧振腔單元4為簡單直線腔。其中前腔鏡為平面鏡，鍍有對 808 nm和1064 nm增透、對914 nm高反的膜系，其中對808 nm的透射率大于95%，并且該膜對1064nm譜線透射率大于90%，對914 nm的反射率大于99. 8% ；輸出鏡為凹面鏡，鍍有對 1064 nm和1342 nm增透、對914 nm部分透射的膜系，其中對1064nm譜線透射率大于90%， 對1342 nm的透射率大于80%，對914 nm的透射率為4%。優選的，激光增益介質為雙端復合生長型NchYVO4單晶，摻雜濃度為0. 2at. %，尺寸為3 X 3 X 8 mm3，其中前端為4mm長的非摻雜YVO4晶體，摻雜區長度為5mm，前后端面都鍍有對波長為808nm、914nm、1064nm和1342nm的的光束的增透膜，其中對9Hnm和1064nm的光束的透射率大于99. 8%，808nm和1340nm的光束的透射率大于98%。實施例2
與實施例1大體相同，不同之處如下
(1)偏振光產生單元1包括一傳統的非偏振半導體激光器，一個起偏器，起偏器將半導體激光器出射的激光調制成偏振光。其中半導體激光器工作模式為連續工作模式，最大連續泵浦功率為40W，輸出波長為808nm ；起偏器對于ρ波透射率為95%，對s波透射率m。(2)激光增益介質為傳統Nd GdVO4單晶，摻雜濃度為0. Mt. %，尺寸為3 X 3 X 5 mm3，前后端面都鍍有對波長為808nm、912nm、1064nm和1340nm的的光束的增透膜，其中對 912nm和1064nm的光束的透射率大于99. 8%，808nm和1342nm的光束的透射率大于98%。實施例3
與實施例1大體相同，不同之處如下
(1)偏振光產生單元1包括一偏振半導體激光器，其工作模式為連續工作模式，偏振度 0. 9，最大連續泵浦功率為40W，輸出波長為879nm。
(2)激光增益介質為傳統NchLuVO4陶瓷，摻雜濃度為0. ht.%，尺寸為3X3X6 mm3，前后端面都鍍有對波長為879nm、916nm、1066nm和1343nm的的光束的增透膜，其中對 916nm和1066nm的光束的透射率大于99. 8%，879nm和1343nm的光束的透射率大于98%。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種準三能級激光器，其特征在于在光路上依次設置有一用于將激光介質中的 Nd3+泵浦至0. 9X μ m準三能級激光器的上能級的偏振泵浦光產生單元(1 )，所述偏振泵浦光產生單元(1)為一中心波長在500 nm到900 nm之間的激光器，所述激光器輸出激光的偏振度大于0. 9 ；一用于將所述偏振泵浦光產生單元(1)輸出的激光束修飾成與激光介質和光學諧振腔相匹配的泵浦光束的光束整形單元(2)；—通過受激躍遷用于產生0. 9X μ m 光子的增益介質單元(3)；和一產生0.9X ym激光的0.9X μ m光學諧振腔單元(4)。
2.根據權利要求1所述的準三能級激光器，其特征在于所述偏振泵浦光產生單元(1) 為半導體激光器、光纖激光器、氣體激光器或半導體泵浦的固體激光器。
3.根據權利要求1所述的準三能級激光器，其特征在于所述光束整形單元(2)為一幾何整形系統、或為一光譜整形系統，或為幾何整形與光譜整形的綜合系統。
4.根據權利要求1所述的準三能級激光器，其特征在于所述光束整形單元(2)是由單個透鏡、光柵、空間濾波器、多模光纖構成，或者由透鏡、光柵、空間濾波器、多模光纖中的兩種或者兩種以上組成的。
5.根據權利要求1所述的準三能級激光器，其特征在于所述增益介質單元(3)為圓柱形的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或六面體狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或碟片狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷，或為光纖狀的摻釹釩酸鹽單晶或者陶瓷。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的準三能級激光器，其特征在于所述0.9X μ m光學諧振腔單元(4)主要由前諧振腔鏡(401)和后諧振腔鏡(402)構成，所述前諧振腔鏡(401)和后諧振腔鏡(402)之間依次放置有空間濾波器(403)、偏振片(404)、雙折射濾光片(405)、F-P標準具(406)、體布拉格光柵(407)中的N種，所述N的范圍為0 < NS 5。
7.根據權利要求6所述的準三能級激光器，其特征在于所述0.9X μ m光學諧振腔單元(4)為直線腔、V型腔、Z型腔或環形腔。
全文摘要
本發明公開了一種實現高效率、低閾值、高亮度0.9Xμm激光的準三能級激光器，其在光路上依次設置有一用于將激光介質中的Nd3+泵浦至0.9Xμm準三能級激光器的上能級的偏振泵浦光產生單元，所述偏振泵浦光產生單元為一中心波長在500nm到900nm之間的激光器，所述激光器輸出激光的偏振度大于0.9；一用于將所述偏振泵浦光產生單元輸出的激光束修飾成與激光介質和光學諧振腔相匹配的泵浦光束的光束整形單元；一通過受激躍遷用于產生0.9Xμm光子的增益介質單元；和一產生低閾值、高亮度0.9Xμm激光的0.9Xμm光學諧振腔單元。
文檔編號H01S3/0941GK102403645SQ20111038401
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者位兵, 張龍, 戴仙金, 武曉東, 高靜 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所