專利名稱：大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光器，特別是涉及一種大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置。
背景技術：
通常激光器同時發射多種波長的激光，例如中國專利申請號981028314，發明名稱為“一種同時輸出紅、綠、藍三元色的激光器”，它是在兩塊諧振腔鏡內或外順序安放1-3塊光學超晶格晶體，泵光安置在一塊諧振腔鏡前方做成的；其中所述的光學超晶格晶體是作為參量介質和耦合參量介質。利用光學超晶格材料的非線性效應來得到和頻、差頻或參量輸出，它利用腔鏡鍍膜來選擇入射到光學超晶格材料中的譜線。但由于只使用了1064nm的熒光，且多次利用非線性光學效應因而效率比較低。如果要同時利用946nm和1064nm的熒光，由于946nm和1064nm波長接近，鍍膜(如946nm高反、1064nm和1319nm高透)比較困難，而且1064nm譜線的發射截面是946nm譜線的十倍以上，946nm的譜線的起振很容易被抑制，所以說傳統裝置對腔鏡和晶體的鍍膜提出了很高的要求。而且，傳統裝置由于鍍膜的限制，只能使單一譜線起振，無法使兩條或三條譜線同時起振。所以，在要用全固態激光器得到某些波長，如黃光激光輸出時，現有技術往往需要采用兩臺以上激光器；如文獻1T.H.Jeys等人1991年在The Lincoln LaboratoryJournal上發表了“Development of a mesospheric sodium laser beacon forastronomic adaptive optics”中所述它是采用兩臺激光器分別出基頻光，即由一臺激光器輸出1064nm，另一臺激光器輸出1319nm，然后和頻出黃光(589nm)。該裝置結構復雜，而僅僅只能輸出單一黃光(589nm)。
利用半導體激光器(LD)泵浦固體增益介質，開發的高效率、大功率全固態可見光激光器件具有結構緊湊、壽命長、效率高等優點，可應用于工業、科研、醫療、軍事、顯示等領域，近年來成為激光領域最為活躍且最具前景的方向之一。
發明內容
本發明的目的在于克服已有激光器的缺點，在已有YAG激光器由于它的三條譜線(946nm、1064nm、1319nm)比較接近，在諧振腔鏡上鍍膜很難實現單一譜線(如946nm)的起振，而且不能任意控制或選擇譜線起振。為了實現高效率大功率紅、黃、藍光激光輸出，，本發明采用棱鏡調諧來改變傳統裝置光路中通過腔鏡鍍膜控制譜線起振的目的，這樣既能控制單一偏振光輸出，還可任意選擇兩種或紅、黃、藍光三種激光同時輸出，又克服了原有技術鍍膜困難的缺點，可獲得946nm、473nm、589nm、660nm的激光輸出，從而提供一種廣泛應用于軍事、科研、娛樂、醫療等領域的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置。
本發明的目的是這樣實現的本發明提供的一種大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，包括泵光、諧振腔鏡、一塊激光晶體和一塊非線性光學晶體；其特征是還包括一塊或2塊以上調諧棱鏡，棱鏡按布氏角放置；其中泵光安置在一塊諧振腔鏡的前方或激光晶體的側面、兩個諧振腔鏡之間的光路上依次安置非線性光學晶體、調諧棱鏡和激光晶體。其中調諧棱鏡固定在可調諧角度的水平轉臺上，其他光學元件安裝在可調諧角度的光學平臺上。
所述的諧振腔鏡是兩塊或兩塊以上，其中兩塊諧振腔鏡放在棱鏡分光后的三束光中的兩束光的輸出光路上，諧振腔鏡的具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。
所述的諧振腔鏡可以是三塊，其中諧振腔鏡放在棱鏡分光后的三束光的輸出光路上，諧振腔鏡的具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。
還包括一復合腔鏡，該復合腔鏡安置在調諧棱鏡與非線性光學晶體之間的光路上；所述的復合腔鏡為平鏡。形成單通或雙通倍頻或和頻光路。前面有一塊諧振腔鏡時為雙通倍頻或和頻。
還包括在激光晶體與復合腔鏡或激光晶體與調諧棱鏡之間安置Q開關，以產生準連續紅、黃、藍光輸出。所述Q開關可以用電光Q開關、聲光Q開關、聲光鎖模裝置。
所述的泵光源是半導體激光器(LD)，例如半導體激光器；該半導體激光器可以放在一塊諧振腔鏡端面的正前方或側前方，泵光入射到諧振腔鏡的入射鏡上或激光晶體的側面進行泵浦。
所述的激光晶體是摻釹釔鋁石榴石(NdYAG)或釔鋁石榴石(YAG)或摻鋁釩酸釔(NdYVO4)；利用半導體激光器(LD)泵浦激光晶體產生946nm、1064nm和1319nm的熒光。
所述的調諧棱鏡是布儒斯特角棱鏡(布氏角棱鏡)或其它棱鏡。
所述的調諧棱鏡包括2塊，調諧棱鏡按布氏角緊密放置。
所述的調諧棱鏡包括3塊，三塊棱鏡放在激光晶體的輸出光路上，其中兩塊調諧棱鏡按1064nm的激光布氏角放置，第三塊棱鏡的頂角安置在1064nm和1319nm的激光的輸出方向中間所述諧振腔鏡可以是平鏡、平凹鏡、平凸鏡、光柵、法布里-珀羅標準具。
所述的非線性光學晶體包括三硼酸鋰(LBO)、偏硼酸鋇(BBO)、鈮酸鉀(KNbO3)、鈦氧磷酸鉀(KTP)、周期性極化鈦氧磷酸鉀(PPKTP)、周期性極化鉭酸鋰(PPLT)、周期性極化鈮酸鋰(PPLN)；或其它非線性光學晶體以及光學超晶格晶體。
當半導體激光器泵浦YAG激光晶體產生946nm、1064nm和1319nm的熒光，熒光經過一塊或兩塊布氏角棱鏡分光后，三種熒光被分開，其出射方向不同，選擇其中1319nm的譜線使之在腔內起振，再用非線性光學晶體作倍頻晶體，另外兩種譜線自然被抑制而無法在腔內起振，就可輸出660nm的紅光。還包括在調諧棱鏡與非線性光學晶體之間的光路上安置一復合腔鏡的結構，以實現雙通倍頻提高非線性光學晶體轉換效率，得到紅光輸出。第二種，當選擇其中946nm的譜線使之在腔內起振，再用非線性光學晶體作倍頻晶體，就可輸出473nm的藍光。第三種，當選擇其中1064nm和1319nm的譜線使之在腔內起振，再用非線性光學晶體作和頻晶體，就可輸出589nm的黃光。當三種熒光自然被分開，分別使946nm、1064nm和1319nm的譜線使之在腔內起振，再用非線性光學晶體，使946nm、1319nm的激光產生倍頻并使1064nm和1319nm的激光和頻，就可同時輸出473nm、589nm和660nm的紅、黃、藍三色激光。
本發明的優越性本發明的全固態紅、黃、藍光激光裝置由一塊或幾塊棱鏡、一塊非線性光學晶體、一塊激光晶體、諧振腔鏡、泵光組成的，其非線性光學晶體置于棱鏡的輸出光路上，激光晶體安置在棱鏡和諧振腔鏡之間，泵光由側面或端面泵浦NdYAG，產生的三種波長的熒光經過棱鏡時被分開，調節腔鏡使一種或幾種波長的熒光起振，則其它波長的熒光由于不能產生諧振而自然被抑制。本發明還可以任意選擇兩種波長的熒光使其產生諧振，同時自然抑制另外一種波長的熒光使其不能產生諧振(圖6)。本發明還可以使三種熒光同時起振(圖7)，從而實現了在一臺激光器中同時產生三種基頻光及其和頻、倍頻光。
本發明提供的一種大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置采用棱鏡與兩個腔鏡組成單通或雙通倍頻光路，克服了原有技術難于鍍膜和難于抑制1064nm熒光起振的缺點，并且結構簡單，其功率可達幾瓦至幾十瓦，實現了高效、大功率的紅、黃、藍光輸出，廣泛適用于連續波、準連續波，為高效率的復合腔雙通倍頻技術實用化開辟了廣闊的前景，可廣泛應用于軍事、科研、娛樂、醫療等領域。
圖1是大功率全固態藍光激光裝置的光路圖(連續波)圖2是大功率全固態藍光激光裝置的光路圖(準連續波)圖3是大功率全固態藍光激光裝置的光路圖(連續波)圖4是大功率全固態紅光激光裝置的光路圖(連續波)圖5是大功率全固態黃光激光裝置的光路圖(準連續波)圖6是大功率全固態紅、黃光激光裝置的光路圖(連續波)圖7是大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置的光路圖(連續波)圖面說明1，6，12，14-諧振腔鏡； 2-非線性光學晶體；3，9，11-棱鏡； 4-泵光；5-激光晶體； 7-復合腔鏡；8-Q開關；10，13-法布里-珀羅(F-P)標準具體實施方式
實施例1按照圖1的光路制作一臺全固態藍光激光器，激光晶體NdYAG被半導體激光器端面泵浦后，產生946nm、1064nm和1319nm的熒光，此三種波長的熒光在經過棱鏡組(3)、(9)時被分開，經過PPKTP或BBO晶體后達到腔鏡(1)，調節腔鏡(1)使946nm的熒光原路返回產生諧振，而1064nm和1319nm的熒光則不能原路返回形成諧振，這樣，就巧妙地抑制了大發射截面的1064nm和1319nm譜線起振。腔鏡(1)選用平鏡，一面鍍946nm、473nm的高反膜，腔鏡(6)選用平凹鏡，凹面鍍946nm全反膜；一塊非線性光學晶體(2)選用BBO或PPKTP晶體，BBO的切割角為θ＝25°，PPKTP的極化周期為6.2μm，放在諧振腔鏡(1)和布氏角棱鏡(3)之間，將946nm波長的激光倍頻成為473nm的藍光；一塊棱鏡(3)選用頂角為69.1°的布氏角棱鏡按布氏角放置；一塊激光晶體(5)選用NdYAG放在布氏角棱鏡(3)和諧振腔鏡(6)之間。的半導體激光器(LD)作為泵光(4)安置在諧振腔鏡(6)的后面從端面泵浦激光晶體(5)。
調節諧振腔鏡(1)和(6)使946nm的熒光起振，則在布氏角棱鏡(3)處輸出473nm的連續藍光。
實施例2按圖2的光路圖建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出準連續藍光，腔鏡(1)選用平凸鏡，其平凸鏡的凸面鍍上946nm、473nm全反膜，腔鏡(6)選用平凹鏡，該平凹鏡的凹面鍍上946nm全反膜；一塊非線性光學晶體(2)選用周期性極化鈦氧磷酸鉀晶體，其極化周期為6.2μm，放在諧振腔鏡(1)和布氏角棱鏡(3)之間，將946nm波長的激光倍頻成為473nm的藍光；兩塊頂角為69.1°的布氏角棱鏡(3)、(9)按布氏角放置；一塊NdYAG激光晶體(5)放在布氏角棱鏡(9)和聲光Q開關(8)之間；Q開關(8)放在諧振腔鏡(6)的前面，用于產生準連續激光；的半導體激光器(LD)作為泵光(4)安置在激光晶體(5)的側面。非線性光學晶體(2)還可以用PPLT、PPLN等。
調節諧振腔鏡(1)和(6)使946nm的熒光起振，則在布氏角棱鏡(9)處輸出473nm的準連續藍光。
實施例3按圖3的光路建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出連續波藍光，與實施例1光路相同，只是泵浦方式不同，本實施例采用側面泵浦方式。
調節諧振腔鏡(1)和(6)使946nm的熒光起振，則在布氏角棱鏡(3)處輸出473nm的連續藍光。
實施例4按圖4建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出紅光，腔鏡(1)選用平鏡，一面鍍1319nm高反膜、660nm部分透過，透過率為10％，腔鏡(6)選用平凹鏡，凹面鍍1319nm全反膜和的增透膜，平面鍍的增透膜；一塊復合腔鏡(7)選用平鏡，雙面鍍1319nm高透膜，靠近LBO的一面鍍660nm高反膜；一塊非線性光學晶體(2)選用LBO，其切割角為θ＝4.2°，φ＝0°放在諧振腔鏡(1)和復合腔鏡(7)之間，將1319nm波長的激光倍頻成為660nm的紅光；一塊頂角為69°的布氏角棱鏡(3)按布氏角放在復合腔鏡(7)的后面；一塊激光晶體(5)選用NdYAG放在布氏角棱鏡(3)和諧振腔鏡(6)之間。的半導體激光器(LD)作為泵光(4)安置在諧振腔鏡(6)的前方，從端面泵浦激光晶體(5)。
調節諧振腔鏡(1)和(6)使1319nm的熒光起振，調節復合腔鏡(7)使1319nm的激光倍頻成為660nm的紅光，從諧振腔鏡(1)處輸出。
實施例5按圖5建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出黃光，包括三塊諧振腔鏡(1)、(6)、(12)、三塊棱鏡(3)、(9)、(11)和兩個F-P標準具。
諧振腔鏡(1)選用平鏡，一面鍍1064nm、1319nm高反膜、589nm高透膜、諧振腔鏡(6)選用平鏡，一面鍍1064nm全反膜、諧振腔鏡(12)選用平鏡，一面鍍1319nm全反膜；一塊復合腔鏡(7)選用平鏡，一面589nm高反膜，1064nm和1319nm部分反射膜，透過率均為10％；一塊非線性光學晶體(2)選用LBO，其切割角為θ＝73°，φ＝0°放在諧振腔鏡(1)和合腔鏡(7)之間，將1319nm和1064nm波長的激光和頻成為589nm的黃光；一個Q開關(8)選用聲光調Q開關放在復合腔鏡(7)和激光晶體YAG(5)之間；三塊棱鏡(3)、(9)、(11)(頂角為69°)放在激光晶體(5)的輸出光路上，其中前兩塊棱鏡按1064nm的激光布氏角放置，第三塊棱鏡的頂角安置在1064nm和1319nm的激光的輸出方向中間；兩塊F-P標準具放在棱鏡(11)的兩邊，用以壓窄線寬；諧振腔鏡(6)放在F-P標準具(10)的輸出光的光路上；諧振腔鏡(12)放在F-P標準具(13)的輸出光的光路上；選用的半導體激光器(LD)作為泵光(4)安置在激光晶體(5)的側面進行側面泵浦。
調節諧振腔鏡(1)和(6)使1064nm的熒光起振，調節諧振腔鏡(12)使1319nm的熒光起振，調節復合腔鏡(7)使兩束光和頻，則在諧振腔鏡(1)處輸出589nm的準連續波黃光。
實施例6按圖6建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出紅光和黃光，諧振腔鏡(1)選用平鏡，一面鍍1064nm高反膜、諧振腔鏡(6)選用平鏡，一面鍍1064nm和1319nm全反膜、諧振腔鏡(12)選用平鏡，一面鍍1319nm全反膜；一塊復合腔鏡(7)選用平鏡，雙面1064nm、1319nm高透膜，靠近非線性光學晶體(2)的一面鍍589nm和660nm高反膜；非線性光學晶體(2)選用周期為12.6μm和17.3μm的雙周期PPKTP放在輸出光路上；棱鏡(3)選用頂角為69°的棱鏡按紅光的布氏角放置激光晶體(5)YAG和復合腔鏡(7)之間；在棱鏡分光后的三束光中的兩束光(1064nm和1319nm)前放上諧振腔鏡(1)和(12)，諧振腔鏡(1)和(12)的具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。
調節腔鏡(1)、(7)和(6)使1064nm的熒光起振，調節諧振腔鏡(12)使1319nm的熒光起振，調節非線性光學晶體(5)使兩束光和頻、倍頻，則在非線性光學晶體(5)的另一側輸出589nm和660nm的連續波黃、紅光。
在本實施例中，若將諧振腔鏡(1)改為鍍946nm全反膜的腔鏡，并將非線性光學晶體(5)的周期改為17.3μm和6.2μm，則在非線性光學晶體(5)處輸出紅、藍光。還可以改變腔鏡(1)和非線性光學晶體(2)的周期使其輸出黃、藍光。
實施例7按圖7建造一臺大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置輸出紅、黃、藍光。諧振腔鏡(1)選用平鏡，鍍946nm全反膜，諧振腔鏡(6)選用平鏡，鍍946nm、1064nm、1319nm高反膜，諧振腔鏡(12)選用平鏡，鍍1064nm全反膜，諧振腔鏡(14)選用平鏡，鍍1319nm全反膜，一塊復合腔鏡(7)選用平鏡，鍍946nm、1064nm、1319nm高透膜、473nm、589nm、660nm高反膜。
一塊非線性光學晶體(5)選用并排三個周期6.2μm、12.6μm、17.3μm的PPKTP放在輸出光路上；復合腔鏡(7)放在頂角為69°的調諧棱鏡(3)的輸出光的光路上；激光晶體(5)選用YAG放置在諧振腔鏡(6)的前面，并在分光棱鏡(3)所分出的三束光的光路上分別放置諧振腔鏡(1)、(12)、(14)，具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。選用的半導體激光器(LD)作為泵光(4)安置在激光晶體(5)的側面進行側面泵浦。
調節腔鏡(1)、(7)和(6)使946nm的熒光起振，調節諧振腔鏡(12)使1064nm的熒光起振，調節諧振腔鏡(14)使1319nm的熒光起振，調節非線性光學晶體(5)使三束光和頻、倍頻，則在非線性光學晶體(5)的另一側輸出473nm、589nm和660nm的連續波紅、黃、藍光
權利要求
1.一種大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，包括諧振腔鏡(1)、(6)，非線性光學晶體(2)、泵光(4)、激光晶體(5)，其特征是還包括調諧棱鏡(3)按布氏角放置；其中泵光(4)安置在一塊諧振腔鏡(6)的前方、兩個諧振腔鏡(1)、(6)之間的光路上依次安置非線性光學晶體(2)、調諧棱鏡(3)和激光晶體(5)，該調諧棱鏡固定在可調諧角度的水平轉臺上，其他光學元件固定在光學平臺上。
2.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的諧振腔鏡是兩塊或兩塊以上，諧振腔鏡可以是平鏡、平凹鏡、平凸鏡、光柵、法布里-珀羅標準具。
3.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的諧振腔鏡是三塊，其中諧振腔鏡(1)和(12)放在棱鏡分光后的三束光中的兩束光的輸出光路上，諧振腔鏡(1)和(12)的具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。
4.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的諧振腔鏡是三塊，其中諧振腔鏡(1)、(12)和(14)放在棱鏡分光后的三束光的輸出光路上，諧振腔鏡(1)、(12)和(14)的具體放置位置由棱鏡材料的色散角度來決定。
5.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的調諧棱鏡(3)包括一塊或2塊以上，該調諧棱鏡是布儒斯特角棱鏡或其它棱鏡。
6.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的調諧棱鏡包括2塊，調諧棱鏡(3)、(9)按布氏角緊密放置。
7.按權利要求1所述的大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的調諧棱鏡包括3塊，三塊棱鏡(3)、(9)、(11)放在激光晶體(5)的輸出光路上，其中兩塊調諧棱鏡(3)、(9)按1064nm的激光布氏角放置，第三塊棱鏡的頂角安置在1064nm和1319nm的激光的輸出方向中間
8.按權利要求1所述大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述的非線性光學晶體(2)包括三硼酸鋰、偏硼酸鋇、鈮酸鉀、鈦氧磷酸鉀、周期性極化鈦氧磷酸鉀、周期性極化鉭酸鋰、周期性極化鈮酸鋰或其它非線性光學晶體。
9.按權利要求1所述大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述泵浦光源(4)為半導體激光器。
10.按權利要求1所述大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是還包括一復合腔鏡(7)，該復合腔鏡(7)安置在調諧棱鏡(3)與非線性光學晶體(2)之間的光路上；所述的復合腔鏡(7)為平鏡。
11.按權利要求1所述大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是還包括在激光晶體與復合腔鏡或激光晶體與調諧棱鏡之間安置Q開關；所述Q開關可以用電光Q開關、聲光Q開關、聲光鎖模裝置。
12.按權利要求1所述大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置，其特征是所述激光晶體(5)包括NdYAG、NdYVO4、NdYLF。
全文摘要
本發明涉及一種激光器，特別是涉及一種大功率全固態紅、黃、藍光激光裝置。它包括泵光、兩個諧振腔鏡、一塊激光晶體和一塊非線性光學晶體；其特征是還包括一塊或2塊以上調諧棱鏡；其中泵光安置在一塊諧振腔鏡的前方、兩個諧振腔鏡之間的光路上依次安置激光晶體、調諧棱鏡和非線性光學晶體。其中調諧棱鏡固定在可調諧角度的水平轉臺上，其他光學元件安裝在可調諧角度的光學平臺上。該裝置采用棱鏡與兩個腔鏡組成單通或雙通倍頻光路，克服了原有技術難于鍍膜和難于抑制1064nm熒光起振的缺點，并且結構簡單，其功率可達幾瓦到幾十瓦，實現了高效、大功率的紅、黃、藍光輸出。
文檔編號H01S3/16GK1411113SQ0113609
公開日2003年4月16日 申請日期2001年10月8日 優先權日2001年10月8日
發明者許祖彥, 林學春, 侯瑋, 馮衍, 張鴻博, 汪家升, 梁曉燕, 畢勇, 姚愛云 申請人:中國科學院物理研究所