专利名称：全固态准连续双波长运转可调谐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，尤其涉及全固态准连续双波长可调谐钛宝石激光器。
背景技术：
申请号为99206187.3，名称为“具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光器”的实用新型专利公开的一种具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光器，在可调谐激光光路上设置有一个由棱镜构成的分束器，分束后的两条光路上分别有色散棱镜、Q开关晶体及全反射镜；两个Q开关晶体分别通过各自的延时器连接在激光器中的脉冲触发器上；分束器由折射界面入射角为布儒斯特角的两块三棱镜或一块菱形棱镜和两块色散棱镜组合构成。该激光器需要两个Q开关晶体和多个三棱镜以及其他一些构件，结构较为复杂，而且文献中未提及采用何种泵浦源。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种体积小，电光转换效率高，结构简单、输出功率高且稳定的全固态准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器。
本实用新型采用的技术方案是一种全固态准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器，包括泵浦源，耦合系统和谐振腔。泵浦源包括由第一平面镜M1和第二平面镜M2构成的平-平腔结构，在第一平面镜M1和第二平面镜M2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LD、谐波反射镜和倍频晶体。耦合系统包括耦合透镜，用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔。谐振腔由两个平面镜M3，M4和输出镜M5构成，在耦合透镜的焦点处设置钛宝石晶体，在两个平面镜M3，M4和钛宝石晶体之间设有棱镜。
其中，最初光学泵浦源LD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Nd:YAG，尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀基频光的增透膜，由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。
倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸为5×5×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
钛宝石晶体的中心轴线垂直于晶轴，具有两个以布儒斯特角切割的通光端面，且所述两个通光端面的法线均与晶轴处于同一平面内，在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与晶轴一致。钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。
构成所述谐振腔的两个平面镜M3，M4各自的空间位置均可以调节。
作为更进一步的优选方案，
第一平面镜M1镀1064nm高反膜；开关器件Q镀1064nm增透膜；谐波反射镜镀1064nm增透膜和532nm高反膜；构成谐振腔的两个平面镜M3，M4为700～900nm全反镜。
本实用新型所带来的有益效果(1)本实用新型提供的是一种全固态激光器，其结构紧凑、牢固耐用、价格较低。
(2)一级装置采用LD作为原始泵浦源，倍频晶体为KTP，用开关器件Q进行频率调制以实现高峰值功率的准连续运转。
(3)利用钛宝石晶体激光下能级是一个能带，反转粒子数从激光上能级受激跃迁到“下能带”的不同能级处，就会产生不同波长的激光的特点，作为实现双波长运转的激光介质。
(4)采用合适的双腔结构，以棱镜对作为调谐元件，获得稳定、连续调谐的双波长输出。
图1为本实用新型的激光器的整体结构图具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型的整体结构图如图1所示，M1是1064nm全反镜，M2是钛宝石激光器的532nm泵浦光输出镜，对1064nm光全反，对532nm光高透。M1，M2组成钛宝石激光器的绿光泵浦源，采用具有增益高、激光介质内部模体积大的传统直腔型平-平腔结构，整个谐振腔长定为330mm。采用中科院半导体所生产的高功率半导体阵列激光器作为最初光学泵浦源LD，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，四组三条激光二极管条对称地排列在YAG棒周围，能够均匀地泵浦激活介质YAG棒。每组二极管条由100个功率为200mW的二极管组成，二极管连续工作，总的最大泵浦功率为240W。整个泵浦组件(包括激光二极管和YAG棒)由流动的冷却水提供冷却。激光介质的尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀1064nm的增透膜。开关器件是由英国GOOCH公司生产的声光q开关，其中晶体为φ8×10×50mm的熔石英，驱动功率为100W，工作频率为27MHz，衍射效率为20％，其调制频率为1～50kHz，有效通光口径15×15mm，镀1064nm增透膜。谐波反射镜M6对1064nm光高透，对532nm光高反，以提高倍频转换效率。KTP晶体采用II类相位匹配角切割(θ＝90°，φ＝23.6°)，尺寸为6×6×10mm，两面镀532nm和1064nm的增透膜。
为了使532nm泵浦光与钛宝石振荡光模式更好的匹配，获得更高的功率密度，使用一个焦距为150mm的聚焦透镜M7把泵浦光汇聚到钛宝石腔中，钛宝石晶体放在泵浦光光束的焦点处。钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。使钛宝石棒的中心轴线垂直于晶轴c，两通光端面以布儒斯特角切割，且使两通光表面的法线与晶轴c处于同一平面内。在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与c轴一致。采用平-平腔组成钛宝石激光的谐振腔，腔长约200mm，晶体大概放在腔的中心位置。M3、M4全反镜为700～900nmHR，输出镜镀膜在700～900nm，透过率为25％。通过调整M3、M4全反镜的位置，实现可调谐的双波长同步输出。
需要说明的是，这里以本实用新型的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本实用新型的范围内。
本实施例所提供的钛宝石激光器，以全固态、准连续532nm倍频Nd:YAG激光器(一级装置)作为泵浦源，泵浦功率23W，脉冲宽度小于80ns，重复频率5kHz，以泵浦钛宝石晶体作为激光介质的谐振腔(二级装置)，采用棱镜对作为调谐元件，构成全固态、高功率、准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器。输出双波长功率5W，重复频率5kHz，线宽2nm，激光脉冲宽度小于20ns。
以本实施例实现的可调谐双波长钛宝石激光器为光源的差分吸收激光雷达(DIAL)可望用于探测大气水份、温度、压力等参数。本实施例还可用于激光精密定位、精确激光光谱、原子和分子的多光子分子电离、非线性频率变换、光计算机中、激光医学等领域。
权利要求1.一种全固态准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器，包括泵浦源，耦合系统和谐振腔，其特征是所述泵浦源包括由第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)构成的平一平腔结构，在第一平面镜(M1)和第二平面镜(M2)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、谐波反射镜和倍频晶体；所述耦合系统包括耦合透镜，用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔；所述谐振腔由两个平面镜(M3，M4)和输出镜构成，在上述耦合透镜的焦点处设置钛宝石晶体，在两个平面镜(M3，M4)和钛宝石晶体之间设有棱镜。
2.根据权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，所述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Nd:YAG，尺寸为φ3×80mm，两端磨成平面，镀基频光的增透膜，由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。
3.根据权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，所述倍频晶体为KTP晶体，采用II类相位匹配，切割角为θ＝90°，φ＝23.6°，尺寸为5×5×10mm，两面镀基频光和倍频光的增透膜。
4.根据权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，所述钛宝石晶体的中心轴线垂直于晶轴，具有两个以布儒斯特角切割的通光端面，且所述两个通光端面的法线均与晶轴处于同一平面内，在布儒斯特入射面内的泵浦光的偏振方向与晶轴一致。
5.根据权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，钛宝石晶体通光方向长度为15mm，截面是边长为5mm的正方形。
6.根据权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，构成所述谐振腔的两个平面镜(M3，M4)的各自的空间位置均可以调节。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的钛宝石激光器，其特征在于，所述第一平面镜(M1)镀1064nm高反膜；所述开关器件(Q)镀1064nm增透膜；所述谐波反射镜镀1064nm增透膜和532nm高反膜；构成所述谐振腔的两个平面镜(M3，M4)镀700～900nm高反膜。
专利摘要一种全固态准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器，包括泵浦源，耦合系统和谐振腔。泵浦源包括由第一平面镜M1和第二平面镜M2构成的平一平腔结构，在第一平面镜M1和第二平面镜M2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LD、谐波反射镜和倍频晶体。耦合系统包括耦合透镜，用以将泵浦源产生的泵浦光耦合进谐振腔。谐振腔由两个平面镜M3，M4和输出镜M5构成，在耦合透镜的焦点处设置钛宝石晶体，在两个平面镜M3，M4和钛宝石晶体之间设有棱镜。本发明的激光器是一种体积小，电光转换效率高，结构简单、输出功率高且稳定的全固态准连续双波长运转可调谐钛宝石激光器。
文档编号H01S3/00GK2800595SQ200520026110
公开日2006年7月26日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者丁欣, 姚建铨, 邹雷, 马洪梅, 温午麒, 邹跃 申请人:天津大学