专利名称：宽带钛宝石激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器，尤其涉及宽带钛宝石激光器。
背景技术：
文献S.G.Bartoshevich et al.，Sov.J.QE.，1989，19(2)138公开了铜蒸汽激光作为泵浦源的钛宝石激光器；文献P.F.Moulton，1 st Annual Conference on Tunable SolidState Laser，La Jolla，Colf.，1984公开了氩离子激光作为泵浦源的钛宝石激光器；文献A.J.Brown et al.，Laser Focus World.，1991，Vol.1，No.244闪光灯作为泵浦源的钛宝石激光器。上述钛宝石激光器存在体积大、电-光转换效率低、结构复杂和输出功率低等缺点。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供可以带来如下效果的宽带钛宝石激光器体积小、电-光转换效率高、结构简单和输出功率高且稳定。
本实用新型采用的技术方案是，一种宽带钛宝石激光器由泵浦源、耦合系统和谐振腔组成，所述的泵浦源包括第一平面镜和第三平面镜构成的平-平腔结构，在第一平面镜和第三平面镜之间自第一平面镜开始依次设有对基频光进行调制的开关器件、最初光学泵浦源、第二平面谐波镜和倍频晶体，第二平面谐波镜、第三平面镜及其之间设置的倍频晶体组成倍频腔；所述的耦合系统为依次包括第一45度全反镜、第二45度全反镜和耦合透镜，用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔的耦合系统，第一45度全反镜与第三平面镜耦合，耦合透镜与第四平面镜耦合；所述的谐振腔包括第四平面镜和第五平面镜构成的平-平腔结构，在上述平-平腔结构内泵浦光的焦点处，设有由一个水冷装置冷却的钛宝石晶体，钛宝石晶体中心轴线垂直于晶轴，两通光端面以布鲁斯特角切割，且两通光表面的法线与晶轴处于同一平面内，泵浦光与通光表面的法线成60°夹角。
其中，所述第一平面镜和第三平面镜构成的平-平腔结构，腔长为330mm；第一平面镜镀基频光1064nm全反膜；第二平面谐波镜镀基频光增透膜，532nm倍频光全反膜；第三平面镜镀基频光高反膜，倍频光高透膜。
所述的最初光学泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光介质为产生1064nm基频光的掺杂浓度为1％的NdYAG，尺寸为φ3×65mm，侧面打毛，两端面磨平，镀基频光增透膜。
所述的倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸为5×5×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
所述的开关器件中晶体为φ8mm×10mm×50mm的熔石英，调制频率为2～30KHz。
所述的第四平面镜和第五平面镜构成的平-平腔结构，腔长为60mm；
第四平面镜镀泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第五平面镜镀750～850nm半透膜，透过率为15％。
所述的第一45度全反镜、第二45度全反镜为532nm波段45°全反镜，耦合透镜为凸透镜，焦距为100mm。
所述的钛宝石晶体尺寸为5×5×16mm。
本实用新型提供的宽带钛宝石激光器可以带来如下效果由于采用本实用新型中的泵浦源，可以获得更高的泵浦功率和宽带钛宝石激光器输出功率及稳定度，并且可以大大的缩小激光器的体积。
采用开关器件对基频光进行调制，可提高一级激光装置的输出峰值功率。
为了增大耦合效率，同时降低调整光路的难度，利用两片45°全反镜和一个凸透镜作为耦合系统，采用简单的平-平腔结构来实现钛宝石激光器的谐振腔。
更主要的是，由于本实用新型的整体结构，因而和脉冲钛宝石激光器相比，本实用新型提供的钛宝石激光可以以更高的重复频率运转；和连续钛宝石激光器相比，本实用新型中提供的钛宝石激光可以实现更高的输出功率。
图1为本实用新型整体结构图，并作为摘要附图。
图2为最初的光学泵浦源结构图。
图3是谐振腔结构图。
具体实施方式
本实用新型整体结构如图1所示。P为钛宝石激光器谐振腔的泵浦源，L为一个耦合聚焦透镜，T为可调谐钛宝石激光器的谐振腔。
M1和M3构成了P的平-平腔结构，腔长为330mm。M2和M3组成了KTP倍频腔。腔镜的参数如下M1是平面镜，镀基频光1064nm全反膜；M2是平面谐波镜，镀基频光增透膜，532nm倍频光全反膜；M3是平面镜，镀基频光高反膜，倍频光高透膜。LD为激光二极管阵列，作为最初的光学泵浦源，按照等边三角形排列，采用侧向泵浦的方式泵浦激光介质，具体结构见图2，激光二极管阵列LD产生的光经Cylindrical Lens透镜射入带外罩HR Coating的导流管Flow Tube。掺杂浓度为1％的NdYAG作为产生1064nm基频光的激光介质，尺寸为φ3×65mm，侧面打毛，增加泵浦光的吸收，两端面磨平，镀基频光增透膜。倍频晶体采用KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸为5×5×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。Q开关器件由英国NEOS公司生产，其中晶体为φ8mm×10mm×50mm的熔石英，调制频率为2~30KHz。
532nm泵浦光通过两片532nm波段45°全反镜M6、全反镜M7和一片耦合透镜L进入T，L焦距为100mm。
M4和M5构成了T的平-平腔结构，腔长为60mm。腔镜参数如下M4为平面镜，镀泵浦光增透膜，750~850nm全反膜；M5为平面镜，镀750~850nm半透膜，透过率为15％。钛宝石晶体尺寸5×5×16mm，放置于腔内泵浦光的焦点处，由一个水冷装置冷却。钛宝石晶体Ti(sapphire)中心轴线垂直于晶轴c，两通光端面以布鲁斯特角切割，且使两通光表面的法线与晶轴c处于同一平面内，泵浦光与通光表面的法线成60°夹角。如图3所示。
到目前为止，虽然以本实用新型的实施例为中心进行了详细的说明，但是在本实用新型所属技术领域内具有一般知识的人员在本实用新型的基本技术思想范围内可以提出很多变形和应用。这些变形和应用都应该属于本实用新型的范围内。
本实用新型提供的宽带钛宝石激光器可以带来如下效果第一点，采用本装置中的一级激光装置，可以获得更高的泵浦功率，泵浦功率可以达到30W。
第二点，可以大大的缩小激光器的体积，整个装置的尺寸为400mm×300mm。
第三点，本实用新型提供的全固态、高功率、高光束质量、准连续宽带钛宝石激光器的输出功率最大为10W，大大高于连续钛宝石激光器的输出功率指标。
第四点，本实用新型提供的全固态、高功率、高光束质量、准连续宽带钛宝石激光器重复频率为10KHz，大大高于脉冲钛宝石激光器的重复频率。
第五点，本实用新型提供的钛宝石激光光束质量M2<5，钛宝石激光脉冲宽度＜80ns，钛宝石激光带宽50nm。
第六点，本实用新型提供的全固态、高功率、高光束质量、准连续宽带钛宝石激光器输出功率的稳定度为5％。
发明提供的宽带钛宝石激光器不仅在科学研究领域有着重要的学术价值，而且在工业生产和军事领域还有极其重要的现实意义。作为一种结构更为紧凑、运行更为可靠、维护更为简便的新型光源，本专利对于激光光谱分析、激光化学、光动力学、新型光学材料的研究、光通讯、大气光学、医学光学、污染检测、激光泵浦、激光放大、激光遥感、激光雷达等领域有着极其广阔的应用前景。
权利要求1.一种宽带钛宝石激光器由泵浦源、耦合系统和谐振腔组成，其特征是所述的泵浦源包括第一平面镜(M1)和第三平面镜(M3)构成的平-平腔结构，在第一平面镜(M1)和第三平面镜(M3)之间自第一平面镜(M1)开始依次设有对基频光进行调制的开关器件(Q)、最初光学泵浦源、第二平面谐波镜(M2)和倍频晶体，第二平面谐波镜(M2)、第三平面镜(M3)及其之间设置的倍频晶体组成倍频腔；所述的耦合系统为依次包括第一45度全反镜(M6)、第二45度全反镜(M7)和耦合透镜(L)，用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔的耦合系统，第一45度全反镜(M6)与第三平面镜(M3)耦合，耦合透镜(L)与第四平面镜(M4)耦合；所述的谐振腔包括第四平面镜(M4)和第五平面镜(M5)构成的平-平腔结构，在上述平-平腔结构内泵浦光的焦点处，设有由一个水冷装置冷却的钛宝石晶体，钛宝石晶体中心轴线垂直于晶轴(c)，两通光端面以布鲁斯特角切割，且两通光表面的法线与晶轴(c)处于同一平面内，泵浦光与通光表面的法线成60°夹角。
2.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述第一平面镜(M1)和第三平面镜(M3)构成的平-平腔结构，腔长为330mm；第一平面镜(M1)镀基频光1064nm全反膜；第二平面谐波镜(M2)镀基频光增透膜，532nm倍频光全反膜；第三平面镜(M3)镀基频光高反膜，倍频光高透膜。
3.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的最初光学泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列(LD)，激光介质为产生1064nm基频光的掺杂浓度为1％的Nd:YAG，尺寸为φ3×65mm，侧面打毛，两端面磨平，镀基频光增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸为5×5×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
5.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的开关器件(Q)中晶体为φ8mm×10mm×50mm的熔石英，调制频率为2～30KHz。
6.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的第四平面镜(M4)和第五平面镜(M5)构成的平-平腔结构，腔长为60mm；第四平面镜(M4)镀泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第五平面镜(M5)镀750～850nm半透膜，透过率为15％。
7.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的第一45度全反镜(M6)、第二45度全反镜(M7)为532nm波段45°全反镜，耦合透镜(L)为凸透镜，焦距为100mm。
8.根据权利要求1所述的一种宽带钛宝石激光器，其特征是，所述的钛宝石晶体尺寸为5×5×16mm。
专利摘要本实用新型涉及激光器，尤其涉及宽带钛宝石激光器。为提供可以带来如下效果的宽带钛宝石激光器体积小、电－光转换效率高、结构简单和输出功率高且稳定，本实用新型采用的技术方案是宽带钛宝石激光器由泵浦源、耦合系统和谐振腔组成，所述的泵浦源包括第一平面镜和第三平面镜构成的平－平腔结构，在第一平面镜和第三平面镜之间自第一平面镜开始依次设有对基频光进行调制的开关器件、最初光学泵浦源、第二平面谐波镜和倍频晶体，第二平面谐波镜、第三平面镜及其之间设置的倍频晶体组成倍频腔；所述的耦合系统用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔；所述的谐振腔包括第四平面镜和第五平面镜构成的平－平腔结构。本实用新型主要用作激光光源。
文档编号H01S3/00GK2694573SQ20042002884
公开日2005年4月20日 申请日期2004年4月26日 优先权日2004年4月26日
发明者丁欣, 姚建铨, 魏权夫, 邹雷, 温午麟, 王鹏 申请人:天津大学