一種可調諧紅-綠-藍-紫色激光器的制作方法

專利名稱：一種可調諧紅-綠-藍-紫色激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器件領域，它闡述一種采用YAl3(BO3)4晶體倍頻可調諧激光晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調諧激光產生可調諧紅、綠、藍、紫色激光的小型激光器件。
背景技術：
目前，光電子材料與技術是當今高新技術發展中最迅速的一個領域，也是世界各國激烈競爭的焦點。由于小型低功率紅、綠、蘭、紫色激光光源在高密度光盤存儲、激光打印、彩色顯示、高分辨率光譜、海底通訊及激光醫療等領域存在著廣泛的應用前景，使得蘭紫光材料成為世界光電子領域研究的一個熱點。

發明內容
一種可調諧藍紫色激光器的發明目的在于公開一種采用具有較大倍頻系數的YAl3(BO3)4晶體倍頻可調諧激光晶體Ti3+Al2O3激射的紅光—近紅外可調諧激光產生可調諧紅、綠、藍、紫色激光的成本低的實用化小型激光光源。
首先，采用Ti3+Al2O3單晶體作為紅光—近紅外可調諧激光工作物質，采用非相干光源或相干光源作為泵浦源，產生660nm-1200nm的可調諧激光。然后，采用YAl3(BO3)4晶體把660nm-1200nm的激光倍頻為330nm-600nm的可調諧藍紫色激光。所涉及的非相干光源是小型直管燈，可以是氙燈，也可以是氪燈，工作狀態可以是脈沖的，也可以是連續的，所采用Ti3+Al2O3單晶體是棒狀的。泵浦源可以放在激光棒側部，也可以放在端部。所采用的相干光源是我們自制的593nm的全固態腔內和頻激光光源，其技術方案已經申請專利，申請號為02121037.3。所采用的Ti3+Al2O3單晶體是塊狀的，尺寸可以較小(如5mm×5mm×5mm)。所采用的YAl3(BO3)4晶體可以按I類，也可以按II類的相位匹配方向切割。
本發明采用了兩種晶體，其中一種是可調諧激光晶體Ti3+Al2O3。Ti3+Al2O3晶體的結構屬于三方晶系，空間群為D53d-R3c，晶胞參數為a＝4.7628，b＝13.0032，摻Ti3+離子的陽離子對稱性為Al3+-C3。1982年，Ti3+Al2O3晶體在室溫產生了極寬范圍的可調諧激光，優良的激光性能使其受到廣泛的重視，數年之后便開始商業化，是繼Nd:YAG之后影響最大的激光晶體。其主要的優點是(1)極寬的可調諧波段，2Eg→2T2g的最寬波段為660-1200nm，可以代替在此波段難于工作的染料4種以上；(2)輻射截面大，約為30～40×10-20cm2，是金綠寶石的10倍以上，轉換效率高；(3)在400-600nm存在一個很寬的吸收帶，室溫工作，適合多種泵浦源(如Ar+激光、倍頻Nd3+激光、Cu蒸汽激光和閃光燈等)泵浦，可以多種方式運轉(脈沖ns、ps、fs，準連續和連續等)；(4)基質的物理化學性能很好；(5)可以采用多種成熟的方法(提拉法、熱交換法等)生長晶體。所以當采用400nm-600nm的泵浦源泵浦時，將產生660nm-1200nm的可調諧激光，顯然，Ti3+Al2O3晶體是一種成熟的商業化的激光晶體。由于Ti3+離子的濃度猝滅效應較強，所以Ti3+離子的摻雜濃度一般都較小，經過樣品合成和光譜實驗研究，我們確定了Ti3+Al2O3晶體中Ti3+的摻雜濃度x值為0.005-0.15。而另一種晶體是具有大的倍頻系數的YAl3(BO3)4，它的結構屬于三方晶系，是一個負單軸晶體，空間群為R32。其晶胞參數為a＝b＝9.292A，c＝7.234A。它存在著兩種倍頻相位匹配方式I類和II類。所謂相位匹配是指晶體在特定方向上基頻與倍頻光滿足相干增強條件，即ΔK＝0(K＝nω/c，其中K為波矢；n為相應波長的折射率；c為光速，ω為園頻率)，在同軸位相匹配條件下，基頻光與倍頻光的傳播方向共線，因ΔK＝0，故有(1)對I類位相匹配方式(0+0＝e)n0w＝ne2w(θmI)(2)對II類位相匹配方式(0+e＝e)n0w+new＝2ne2w(θmII)YAl3(BO3)4晶體具有從紫外到紅外較寬的相位匹配范圍，該晶體的有效非線性系數為dIeff＝F2(θmI，φ，dij)＝d11CosθCos3φdIIeff＝F1(θmII，φ，dij)＝d11Cos2θSin3φ其中dij為該晶體的非線性系數，φ為晶體對a軸的方位角，θm為I類和II類相位匹配角。YAl3(BO3)4晶體的折射率色散方程為n02＝3.0742181+0.0327697/(λ2+0.0407449)ne2＝2.827497+0.0289324/(λ2+0.599562)當λ＝660nm-1200nm時，θmI＝44.6～27.9°，θmII＝72.4～40.9°。
當λ＝660nm-1200nm時，dIeff＝1.005～1.283pm/v，dIIeff＝0.115～0.784pm/v。
由于采用II類相位匹配方式時，晶體的有效倍頻系數比I類相位匹配的有效倍頻系數小得多，所以，應該采用I類相位匹配方式。
本發明的成功實施，可以實現高效的紅—綠—藍—紫光區的可調諧激光輸出，波長在一定的范圍可調，且光束質量好，器件體積較小，效率高，具有自己的獨特之處，有很強的創新性。


圖1是采用直管氙燈泵浦的可調諧紅—綠—藍—紫色(330nm-600nm)激光器示意圖。
圖2是采用自制的593nm波段的全固態激光光源作為泵浦源的可調諧紅—綠—藍—紫色(330nm-600nm)激光器示意圖。
具體實施例方式
實施例一采用直管氙燈泵浦Ti3+Al2O3(x＝0.005-0.15)晶體棒。實驗裝置如附圖1.圖中1是Ti3+Al2O3(x＝0.005-0.15)晶體棒；2是直管氙燈；3是對λ＝660nm-1200nm波長全反射的介質鏡；4是對λ＝660nm-1200nm波長透射的介質鏡；5是可調濾光鏡；6是YAl3(BO3)4倍頻晶體；7是LPE-1A激光能量計；8是脈沖激光電源；9是聚光腔，為單橢圓腔，激光棒和泵浦光源分別聚于其中的一個焦點上。該單橢圓腔的長軸2a＝10mm，短軸為2b＝8.5mm，內側拋光鍍銀。
LPE-1A能量計用于測量激光輸出能量。如果把脈沖氙閃光燈換成重復率脈沖氙燈或連續發光的氪燈，則可以作成重復或連續的可調諧固體激光器，這時最好采用冷卻裝置，可以采用水冷、風冷或半導體致冷。
實施例二采用自制的593nm波段的全固態激光光源作為泵浦源泵浦塊狀的Ti3+Al2O3(x＝0.005-0.15)可調諧激光晶體。實驗裝置如附圖2.圖中1是塊狀Ti3+Al2O3(x＝0.005-0.15)晶體；10是自制的593nm波段的全固態激光泵浦源；11是對λ＝660nm-1200nm波長全反射和對593nm透射的介質鏡；12是對λ＝660nm-1200nm波長透射和對593nm全反射的介質鏡；5是可調濾光鏡；6是YAl3(BO3)4倍頻晶體；7是LPE-1A激光能量計。
權利要求
1.一種可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，由激光工作物質(1)、泵浦源(2)、介質鏡(3)，(4)、可調濾光鏡(5)、倍頻晶體(6)、能量計(7)、激光電源(8)和聚光腔(9)組成，其特征在于工作物質是Ti3+Al2O3(x＝0.005-0.15)可調諧激光晶體；倍頻晶體(6)是YAl3(BO3)4。
2. 權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是采用的非相干光源是小型直管燈，如氙燈或氪燈，工作狀態是脈沖的或連續的。
3.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)是593nm波段的全固態腔內和頻激光光源。
4.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，其特征在于所述的泵浦源(2)放在激光工作物質(1)的側部或端部。
5.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，其特征在于所述的激光工作物質(1)是塊狀或棒狀的。
6.如權力要求1所述的可調諧紅—綠—藍—紫色激光器，其特征在于所述的倍頻晶體(6)是按I類或II類的相位匹配方式切割。
全文摘要
一種可調諧紅－綠－藍－紫色激光器涉及激光器件領域。闡述一種采用YAl
文檔編號H01S3/16GK1497802SQ0214384
公開日2004年5月19日 申請日期2002年9月29日 優先權日2002年9月29日
發明者涂朝陽, 吳柏昌, 李堅富, 朱昭捷, 王燕, 黃燕 申請人:中國科學院福建物質結構研究所