LD端泵Nd∶YAG/GdVO₄/KTP黄光激光器的制作方法

专利名称：LD端泵Nd∶YAG/GdVO₄/KTP黄光激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体激光器，特别是一种LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器。
(二) 背景技术目前国外已经有关于固体黄光激光器的报道，他们主要采用两种方式来实现 一是将两 束光禾口步页(Intracavity sum-frequency generation of 3,23 W continuous-wave yellow light in an Nd:YAG laser,《Optics Communications》，Vol. 255， 2005, 248-252)， 二是在腔内使用倍频技 术(Efficient all-solid-state yellow laser source producing 1.2-W average power,《Optics Letters》， Vol.24, 1999, 1490-1492)。与腔内倍频的方法相比，和频的方法具有体积大，功率低，转换 效率差，结构不稳定，难以实现等缺点。而目前的腔内倍频又多是采用三硼酸锂单晶(LBO) 做倍频晶体，但是三硼酸锂晶体LBO具有易潮解，价格高，非线性系数小，并且相位匹配 受温度影响较大，需要保持温度恒定等苛刻条件限制，不易控制。
(三) 发明内容为克服现有技术的缺陷，以实现体积小，功率高，转换效率大且结构稳定的黄光激光器， 本发明提供一种LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器。一种LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，包括激光二极管LD端面泵浦源、光纤、 耦合透镜、谐振腔、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钒酸钆GdV04晶体和 磷酸氧钛钾KTP晶体；由LD端面泵浦源发出的泵浦光经光纤和耦合透镜进入谐振腔内， 其特征在于谐振腔由后腔镜和输出镜组成，前端是后腔镜，后端是输出镜，谐振腔内依次放 置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钒酸钆GdV04晶体和磷酸氧钛钾KTP晶 体；上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内，金属块内 的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。
所述的激光二极管LD端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体的两个端面均镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光 增透的膜，掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体用作激光介质，产生基频光。
所述的声光调Q装置由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波长 为1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射频波调制频率为8 — 30KHz，通过输入射频波改变 调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
所述的钒酸钆GdV04晶体的两端面均镀有对波长为1000 mn_1200 nm的光增透的膜， 钒酸轧GdV04晶体用作拉曼介质，将基频光转化为拉曼光。
所述的磷酸氧钛钾KTP晶体的两端面均镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 磷酸氧钛钾KTP晶体用作倍频晶体，将拉曼光转化为黄光。
所述的后腔镜镀有对波长为808 nm的泵浦光增透的膜和对波长为1000nm— 1200nm的光 高反的膜。
所述的输出镜镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光高反的膜，并且该膜对波长为587 nm 的光具有高的透射率。
所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体的掺杂浓度为0.6% —1.5%。 后腔镜和输出镜的曲率可根据实际情况选择。激光晶体Nd:YAG，拉曼晶体GdV04，倍 频晶体KTP以及声光调Q晶体均镀有对波长为lOOOnm—1200nrn的光增透的膜。基频晶体 Nd:YAG的掺杂浓度为0.6% —1.5%，由于Nd:YAG的受激发射截面较大，是一种优良的激 光介质，所以，我们在激光器中釆用Nd:YAG作为激光介质。拉曼晶体GdV04可根据需要 沿物理学定义的a轴切割(晶体受激发射截面平行于c轴)或c轴切割(晶体受激发射截面 平行于a轴)，GdV04晶体是一种优良的拉曼介质，并且具有较大的热导率，十分适合于本 发明的需要。KTP晶体需要根据情况考虑相位匹配角度进行切割，这样可以有效的提高激光 器的性能。本发明中的所有晶体的长度均可以根据具体要求进行选取；晶体的端面面积可以 根据光束截面的面积来确定。由于拉曼效应为三阶的非线性效应，需要基频光具有较高的峰值功率，所以我们在激光 器中使用调Q装置，这样可以大大提高基频光的峰值功率，从而提高基频光到拉曼光的转 换效率，明显的增大了黄色激光的输出功率，有效的提高了该激光器的性能。激光器的工作流程如下LD端面泵浦源发出的波长为808nm的泵浦光经光纤和耦合透 镜进入Nd:YAG激光晶体，当声光调Q装置的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转粒子存储 起来；当Q开关打开时，积攒的大量反转粒子瞬间通过受激辐射转为基频光；具有较高峰 值功率的基频光经过GdV04拉曼晶体，由于受激拉曼散射的作用转为拉曼光；拉曼光最后 在KTP倍频晶体处经过倍频效应转为黄光，并由输出镜输出。本发明提出了一种新的组合方式，使用激光二极管LD端面泵浦源，掺钕钇铝石榴石 Nd:YAG基频晶体，钒酸钆单晶GdV04拉曼晶体，KTP倍频晶体，采用腔内倍频拉曼光的 方式来产生黄色激光，成功解决了上述激光器的各种缺点，提供了一种新的全固体高功率黄 光激光器，本发明激光头的体积为10cmn0cn^20cm左右，与背景技术中的相比较体积小， 成本低，效率高，光转换效率可达7%，黄光的输出功率可达600mW，且性能稳定。(四)


图1是本发明激光器光路结构示意图。其中1.LD端面泵浦源，2.光纤，3.耦合透镜，4.后腔镜，5.掺钕钇铝石榴石晶体， 6.声光调Q装置，7.钒酸钆晶体，8.KTP晶体，9.输出镜。
具体实施方式
实施例1:本发明装置如图1所示,包括激光二极管LD端面泵浦源1、光纤2、耦合透镜3和谐振腔、 掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5、声光调Q装置6、钒酸钆GdV04晶体7和磷酸氧钛钾KTP 晶体8;由LD端面泵浦源1发出的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入谐振腔内，其特征在 于谐振腔由后腔镜4和输出镜9组成，前端是后腔镜4，后端是输出镜9，谐振腔内依次放 置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5、声光调Q装置6、钒酸钆GdV04晶体7和磷酸氧钛钾 KTP晶体8;上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内， 金属块内的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。所述的激光二极管LD端面泵浦源1是808 nm LD端面泵浦源。所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5的两个端面均镀有对波长为1000 rnn—1200 nm的 光增透的膜，掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5用作激光介质，产生基频光。
所述的声光调Q装置6由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波 长为1000 nm—1200 nm的光增透的膜；射频波调制频率为10KHz，通过输入射频波改变调 Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。所述的钒酸钆GdV04晶体7的两端面均镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 钒酸钆GdV04晶体用作拉曼介质，将基频光转化为拉曼光。所述的磷酸氧钛钾KTP晶体8的两端面均镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光增透的 膜，磷酸氧钛钾KTP晶体8用作倍频晶体，将拉曼光转化为黄光。所述的后腔镜4的曲率半径为3000 mm，镀有对波长为808 nm的泵浦光增透的膜和对波 长为1000nm—1200nm的光高反的膜。所述的输出镜9镀有对波长为1000 nm— 1200 nm的光高反的膜，并且该膜对波长为587 nm的光高透。所述的惨钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的惨杂浓度为0.8%。激光器的工作流程LD端面泵浦源1发出808 nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入 掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转 粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2 nrn基 频光；具有较高峰值功率的基频光经过钒酸钆GdV04晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为587.5 nm黄光，并由 输出镜9输出。 实施例2:与实施例1相同,只是所述的声光调Q装置6的射频波调制频率为15KHz;所述的后腔镜 4的曲率半径为1000 mm;所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的掺杂浓度为1 % 。激光器的工作流程LD端面泵浦源1发出808 nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入 掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转 粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2 nm基 频光；具有较高峰值功率的基频光经过钒酸钆GdV04晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为587.5 nm黄光，并由 输出镜9输出。实施例3:与实施例1相同，只是所述的声光调Q装置6的射频波调制频率为25KHz;所述的后腔 镜4的曲率半径为1000 mm;所述的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体5的掺杂浓度为1.2%。激光器的工作流程LD端面泵浦源1发出808 nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜3进入 掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体5，当声光调Q装置6的调Q开关关闭时，泵浦光转为反转 粒子存储起来；当Q开光打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2 nm基 频光；具有较高峰值功率的基频光经过钒酸钆GdV04晶体7，由于受激拉曼散射的作用转为 1174.5 nm拉曼光；拉曼光最后在KTP倍频晶体8处经过倍频效应转为587.5 nm黄光，并由 输出镜9输出。上述三个实施例中的耦合光纤2的纤芯直径为400 pm，数值孔径为0.22，最高输出功率 为32W。输出镜9均为平镜。并且所有晶体均经过水冷降温。
权利要求
1.一种LD端泵Nd:YAG/GdVO4/KTP黄光激光器，包括激光二极管LD端面泵浦源、光纤、耦合透镜、谐振腔、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钒酸钆GdVO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；由LD端面泵浦源发出的泵浦光经光纤和耦合透镜进入谐振腔内，其特征在于谐振腔由后腔镜和输出镜组成，前端是后腔镜，后端是输出镜，谐振腔内依次放置掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体、声光调Q装置、钒酸钆GdVO4晶体和磷酸氧钛钾KTP晶体；上述晶体外面均用带有透孔和管道的金属块围住，晶体置于金属块的透孔内，金属块内的管道持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度。
2. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的激 光二极管LD端面泵浦源是808 nm LD端面泵浦源。
3. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的掺 钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体的两个端面均镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光增透的膜， 掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体用作激光介质，产生基频光。
4. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的声 光调Q装置由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有对波长为1000 nm 一1200 nm的光增透的膜；射频波调制频率为8 — 30KHz，通过输入射频波改变调Q晶体的 密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
5. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的钒 酸IL GdV04晶体的两端面均镀有对波长为1000 nm_ 1200 nm的光增透的膜，钒酸礼GdV04 晶体用作拉曼介质，将基频光转化为拉曼光。
6. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的磷 酸氧钛钾KTP晶体的两端面均镀有对波长为lOOOnm—1200nm的光增透的膜，磷酸氧钛钾 KTP晶体用做倍频晶体，将拉曼光转化为黄光。
7. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的后 腔镜镀有对波长为808 nm的泵浦光增透的膜和对波长为1000 nm_ 1200 nm的光高反的膜。
8. 如权利要求1所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述的 输出镜镀有对波长为1000 nm—1200 nm的光高反的膜，该膜并对波长为587 nm的光高透。
9. 如权利要求1和3所述的LD端泵Nd:YAG/GdV04/KTP黄光激光器，其特征在于所述 的掺钕钇铝石榴石Nd:YAG基频晶体的掺杂浓度为0.6% —1.5% 。
全文摘要
LD端面泵浦Nd∶YAG/GdVO₄/KTP黄光激光器，属于固体激光器领域，它是利用LD端面泵浦掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)产生基频光，经拉曼晶体钒酸钆(GdVO₄)后转为拉曼光，然后用倍频晶体磷酸氧钛钾(KTP)进行腔内倍频，最终产生黄色激光。该黄光激光器具有体积小，性能稳定，功率高，成本低等优点，具有广泛的实用性。
文档编号H01S3/08GK101159362SQ200710113070
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者丛振华, 张行愚, 李述涛, 王青圃, 陈晓寒 申请人:山东大学