一种可调谐红-绿-蓝-紫色激光器的制作方法

文档序号:7182173
专利名称:一种可调谐红-绿-蓝-紫色激光器的制作方法
技术领域
本发明涉及激光器件领域,它阐述一种采用β-BaB2O4晶体倍频可调谐激光晶体Ti3+Al2O3激射的红光—近红外可调谐激光产生可调谐红、绿、蓝、紫色激光的小型激光器件。
背景技术
目前,光电子材料与技术是当今高新技术发展中最迅速的一个领域,也是世界各国激烈竞争的焦点。由于小型低功率红、绿、兰、紫色激光光源在高密度光盘存储、激光打印、彩色显示、高分辨率光谱、海底通讯及激光医疗等领域存在着广泛的应用前景,使得兰紫光材料成为世界光电子领域研究的一个热点。

发明内容
一种可调谐蓝紫色激光器的发明目的在于公开一种采用具有较大倍频系数的β-BaB2O4晶体倍频可调谐激光晶体Ti3+Al2O3激射的红光—近红外可调谐激光产生可调谐红、绿、蓝、紫色激光的成本低的实用化小型激光光源。
首先,采用Ti3+Al2O3单晶体作为红光—近红外可调谐激光工作物质,采用非相干光源或相干光源作为泵浦源,产生660nm-1200nm的可调谐激光。然后,采用β-BaB2O4晶体把660nm-1200nm的激光倍频为330nm-600nm的可调谐蓝紫色激光。所涉及的非相干光源是小型直管灯,可以是氙灯,也可以是氪灯,工作状态可以是脉冲的,也可以是连续的,所采用Ti3+Al2O3单晶体是棒状的。泵浦源可以放在激光棒侧部,也可以放在端部。所采用的相干光源是我们自制的593nm的全固态腔内和频激光光源,其技术方案已经申请专利,申请号为02121037.3。所采用的Ti3+Al2O3单晶体是块状的,尺寸可以较小(如5mm×5mm×5mm)。所采用的BBO晶体可以按I类,也可以按II类的相位匹配方向切割。
本发明采用了两种晶体,其中一种是可调谐激光晶体Ti3+Al2O3。Ti3+Al3O3晶体的结构属于三方晶系,空间群为D53d-R3c,晶胞参数为a=4.7628,b=13.0032,掺Ti3+离子的阳离子对称性为Al3+-C3。1982年,Ti3+Al2O3晶体在室温产生了极宽范围的可调谐激光,优良的激光性能使其受到广泛的重视,数年之后便开始商业化,是继Nd:YAG之后影响最大的激光晶体。其主要的优点是(1)极宽的可调谐波段,2Eg→2T2g的最宽波段为660-1200nm,可以代替在此波段难于工作的染料4种以上;(2)辐射截面大,约为30~40×10-20cm2,是金绿宝石的10倍以上,转换效率高;(3)在400-600nm存在一个很宽的吸收带,室温工作,适合多种泵浦源(如Ar+激光、倍频Nd3+激光、Cu蒸汽激光和闪光灯等)泵浦,可以多种方式运转(脉冲ns、ps、fs,准连续和连续等);(4)基质的物理化学性能很好;(5)可以采用多种成熟的方法(提拉法、热交换法等)生长晶体。所以当采用400nm-600nm的泵浦源泵浦时,将产生660nm-1200nm的可调谐激光,显然,Ti3+Al2O3晶体是一种成熟的商业化的激光晶体。由于Ti3+离子的浓度猝灭效应较强,所以Ti3+离子的掺杂浓度一般都较小,经过样品合成和光谱实验研究,我们确定了Ti3+Al2O3晶体中Ti3+的掺杂浓度x值为0.05-0.15。而另一种晶体是具有大的倍频系数的β-BaB2O4,它的结构属于三方晶系,是一个负轴晶体,空间群为R3C。其晶胞参数为a=b=12.547A,c=12.736A。它存在着两种相位匹配方式I类和II类。所谓相位匹配是指晶体在特定方向上基频与倍频光满足相干增强条件,即ΔK=0(K=nω/c,其中K为波矢;n为相应波长的折射率;c为光速,ω为园频率),在同轴位相匹配条件下,基频光与倍频光的传播方向共线,因为ΔK=0,故有(1)对I类位相匹配方式(0+0=e)n0w=ne2w(θmI)(2)对II类位相匹配方式(0+e=e)n0w+new=2ne2w(θmII)
BBO晶体具有从紫外到近红外很宽的相位匹配范围(λw=410~3500nm)。该晶体的有效非线性系数为dIeff=F2(θmI,φ,dij)=d15 Sinθ-d22 CosθSin3φdIIeff=F1(θmII,φ,dij)=d22 Cos2θSin3φ其中dij为该晶体的非线性系数,φ为晶体对a轴的方位角,θm为I类和II类相位匹配角。BBO晶体的折射率色散方程为n02=2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)一0.01354λ2ne2=2.3753-0.01224/(λ2-0.01667)-0.01516λ2当λ=660nm-1200nm时,θmI=36.0~21.2°,θmII=53.3~30.6°。
当λ=660nm-1200nm时,dIeff=1.256~1.466pm/v,dIIeff=0.452~1.063pm/v。
由于采用II类相位匹配方式时,晶体的有效倍频系数比I类相位匹配的有效倍频系数小得多,所以,应该采用I类相位匹配方式。
本发明的成功实施,可以实现高效的红—绿—蓝—紫光区的可调谐激光输出,波长在一定的范围可调,且光束质量好,器件体积较小,效率高,具有自己的独特之处,有很强的创新性。


图1是采用直管氙灯泵浦的可调谐红—绿—蓝—紫色(330nm-600nm)激光器示意图。
图2是采用自制的593nm波段的全固态激光光源作为泵浦源的可调谐红—绿—蓝—紫色(330nm-600nm)激光器示意图。
具体实施例方式
实施例一采用直管氙灯泵浦Ti3+Al2O3(x=0.05-0.15)晶体棒。实验装置如附图1.图中(1)是Ti3+Al2O3(x=0.05-0.15)晶体棒;(2)是直管氙灯;(3)是对λ=660nm-1200nm波长全反射的介质镜;(4)是对λ=660nm-1200nm波长透射的介质镜;(5)是可调滤光镜;(6)是BBO倍频晶体;(7)是LPE-1A激光能量计;(8)是脉冲激光电源;(9)是聚光腔,为单椭圆腔,激光棒和泵浦光源分别聚于其中的一个焦点上。该单椭圆腔的长轴2a=10mm,短轴为2b=8.5mm,内侧抛光镀银。
LPE-1A能量计用于测量激光输出能量。如果把脉冲氙闪光灯换成重复率脉冲氙灯或连续发光的氪灯,则可以作成重复或连续的可调谐固体激光器,这时最好采用冷却装置,可以采用水冷、风冷或半导体致冷。
实施例二采用自制的593nm波段的全固态激光光源作为泵浦源泵浦块状的Ti3+Al2O3(x=0.05-0.15)可调谐激光晶体。实验装置如附图2.图中(1)是块状Ti3+Al2O3(x=0.05-0.15)晶体;(10)是自制的593nm波段的全固态激光泵浦源;(11)是对λ=660nm-1200nm波长全反射和对593nm透射的介质镜;(12)是对λ=660nm-1200nm波长透射和对593nm全反射的介质镜;(5)是可调滤光镜;(6)是BBO倍频晶体;(7)是LPE-1A激光能量计。
权利要求
1.一种可调谐红—绿—蓝—紫色激光器,由激光工作物质(1)、泵浦源(2)、介质镜(3),(4)、可调滤光镜(5)、倍频晶体(6)、能量计(7)、激光电源(8)和聚光腔(9)组成,其特征在于工作物质是Ti3+Al2O3(x=0.05-0.15)可调谐激光晶体;倍频晶体(6)是β-BaB2O4。
2.如权力要求1所述的可调谐红—绿—蓝—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灯,如氙灯或氪灯,工作状态是脉冲的或连续的。
3.如权力要求1所述的可调谐红—绿—蓝—紫色激光器,其特征在于所述的泵浦源(2)是593nm波段的全固态腔内和频激光光源。
4.如权力要求1所述的可调谐红—绿—蓝—紫色激光器,其特征在于所述的泵浦源(2)放在激光工作物质(1)的侧部或端部。
5.如权力要求1所述的可调谐红—绿—蓝—紫色激光器,其特征在于所述的激光工作物质(1)是块状或棒状的。
6.如权力要求1所述的可调谐红—绿—蓝—紫色激光器,其特征在于所述的倍频晶体(6)是按I类或II类的相位匹配方式切割。
全文摘要
一种可调谐红-绿-蓝-紫色激光器涉及激光器件领域。阐述一种采用β-BaB
文档编号H01S3/109GK1497803SQ0214384
公开日2004年5月19日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者涂朝阳, 吴柏昌, 李坚富, 朱昭捷, 王燕, 黄燕 申请人:中国科学院福建物质结构研究所
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