专利名称：一种全固态黄光自锁模拉曼激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，属固态激光技术领域。
背景技术：
560-600nm的激光属于黄光的范围，黄光波段的激光接近人眼最敏感的波长 (555nm)，适合于激光显示和照明，特别是在有雾气情况下的大地测量以及各种准直场合有特殊的用途。同时黄光激光有很多领域有着广泛的应用1、医学上可用于鲜红斑痣和眼科的激光治疗；2、军事上可用于空间目标的探测与识别，3、在分子生物学、化学等领域也有着光谱测量及荧光激发等应用。由于锁模脉冲可以具有更窄的脉宽、更高的峰值功率从而可以生物学、化学、医学领域有着更加广泛的需求。染料激光器由于能够直接发射黄光，是早期黄光激光器研究的一个重要方面。但是功率低、安全性差、染料易退化、能量消耗高、性能不稳定、激光循环冷却系统复杂等原因，制约了染料激光器的发展。半导体直接产生黄光波段的激光已经可以实现，但是技术还是不熟，功率较低，还有待进一步的发展与进步。直接用短于黄光的波长泵浦激光晶体产生黄光振荡得到激光输出也有报道，但是本身晶体的吸收峰短于黄光处于紫光波段，本身泵浦源就比较昂贵，激光晶体的生长也很困难，其技术路线还有待成熟。通过拉曼效应使掺Nd3+激光晶体的发射波长1064nm频移至1180nm，通过腔内倍频的方式实现黄光激光的输出，该技术路线成熟简单可行，容易实现。现在的拉曼黄光输出主要有两类方式连续黄光输出和脉冲黄光输出。由于拉曼转换要求有较好的功率密度，为实现连续拉曼激光的有效输出，需要严格的控制基频光1064nm的损耗，对腔镜镀膜有着严格的要求，从而提高了激光器的成本和技术难度[见Continuous-wave all-solid-state intracavity Raman laser Optics Letters, Vol. 30, Issue 18, pp. 2454-2456 (2005)]。 而脉冲拉曼激光器由于可以利用调Q脉冲的高峰值功率可以实现高效率的拉曼转换效率。 国外澳利亚I^ask实现了锁模基频长腔外同步拉曼转换输出，得到了锁模脉冲的黄光输出， 在很多领域得到广泛应用。但是，整体结构相当复杂，对谐振腔的严格调谐和高功率稳定基频光的要求都很苛克，实现难度较大。[见Synchronously pumped continuous-wave modelocked yellow Raman laser at 559nm,Eduardo Granados,Optics Express Vol. 17, Issue 2，pp. 569-574(2009)Helen M. Pask, and David J. Spence]
发明内容针对背景技术中所述的缺陷和不足，本实用新型提供了一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，以实现窄脉冲高峰值功率的皮秒锁模黄光脉冲，为生物医疗、化学、激光测量提供一种低成本、方便可靠的皮秒黄光光源，本实用新型利用拉曼晶体在拉曼转换的过程中具有对基频光调制的特性，在腔内不加锁模器件的情况下，得到稳定的调Q锁模脉冲输出。 并利用倍频晶体对拉曼光倍频，在全固态情况下产生590nm波长的激光。本实用新型的技术方案如下[0007]—种全固态黄光自锁模拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、拉曼晶体、调Q器件、倍频晶体、输入镜、输出镜、腔镜(1)及腔镜(2)，其特征在于泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组后面放置输入镜；输入镜与腔镜(1)、输出镜及腔镜(2)共同构成谐振腔；激光晶体和调Q器件位于输入镜与腔镜(1)之间；拉曼晶体和倍频晶体位于输出镜及腔镜(2)之间；输入镜、腔镜(2)均为平镜，腔镜(1)及输出镜为凹面镜，使得光路改变形成折叠腔；其中输入镜镀有泵浦光808nm透过率大于98%同时对于基频光1064nm及拉曼光 IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(1)镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(2)镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99% 同时对倍频光590nm反射率大于98%的介质膜；输出镜镀有对基频光1064nm及拉曼光 1178nm反射率大于99%同时对于590nm透过率大于98%的介质膜；激光晶体镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm透过率大于98%的介质膜，拉曼晶体及倍频晶体均镀有对基频光1064nm、拉曼光1180nm及倍频光590nm透过率大于98%的介质膜。所述的激光晶体是掺钕的晶体Nd:YAG、NdiYVO4, NdiGlass中的一种，钕的掺杂浓度为 0. 05-at. %至 3-at. %，其长度为 0. 5mm 至 50mm。所述的拉曼晶体为SrWO4晶体，其长度20mm-50mm。所述的调Q器件为主动声光调Q器件、Cr4+:YAG、染料片、半导体片等被动调Q器件中的一种。所述的倍频晶体为KTP或者KTA非线性晶体，其长度为4mm-30mm，非线性晶体的切割方向为用于IlSOnm激光倍频的角度。所述的泵浦源是半导体激光器、光纤耦合输出的半导体激光器、闪光灯和弧光灯中的一种，泵浦方式是端面泵浦或是侧面泵浦。本耦合透镜组实用新型的运转机理为泵浦源将电能转化为光能，通过激光晶体中的激活离子的吸收和受激辐射，转变为1064nm附近的激光通过拉曼晶体的频移使基频光1064nm转换为1180nm，，最后通过倍频得到590nm激光输出。在谐振内不存在锁模器件。 合理设计谐振腔长度和腔型，可以在较长的谐振腔长度下，在腔长大于60cm时，利用的拉曼效应过程中的对基频光的自调制机理，得到稳定的调Q锁模脉冲。由于谐振腔长度较长， 需要优化设计谐振腔结构，将拉曼晶体置于腔内功率密度最高的地方来获得较高的拉曼转换效率，同时倍频过程也具有锁模的机理存在，会使调Q锁模脉冲更加稳定。利用较简单的结构得到高峰值功率、窄脉宽的黄光锁模脉冲输出，具有低成本、可操作性高、装置简单紧凑、维护方便等优点。可以在众多领域得到广泛的应用。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。其中1、泵浦源，2、耦合透镜组，3、激光晶体，4、调Q器件，5、拉曼晶体，6、倍频晶体，7、输入镜，8、腔镜(1)，9、输出镜，10、腔镜(2)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但不限于此。[0018]实施例1 本实用新型实施例1如图1所示，包括泵浦源1、耦合透镜组2、激光晶体3、拉曼晶体5、调Q器件4、倍频晶体6、输入镜7、输出镜9、腔镜(1)8及腔镜(2) 10，其特征在于泵浦源1位于耦合透镜组2之前，耦合透镜组2后面放置输入镜7 ；输入镜7与腔镜(1)8、输出镜9及腔镜(2) 10共同构成谐振腔；激光晶体3和调Q器件4位于输入镜7与腔镜(1) 8之间；拉曼晶体5和倍频晶体6位于输出镜9及腔镜(2) 10之间；输入镜7、腔镜(2) 10均为平镜，腔镜(1)8及输出镜9为凹面镜，腔镜(1)8及输出镜9曲率半径分别为1000mm、300mm， 使得光路改变形成折叠腔；其中输入镜7镀有泵浦光808nm透过率大于98%同时对于基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(1)8镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(2) 10镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于 99%同时对倍频光590nm反射率大于98%的介质膜；输出镜9镀有对基频光1064nm及拉曼光1178nm反射率大于99%同时对于590nm透过率大于98%的介质膜；激光晶体3镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm透过率大于98%的介质膜，拉曼晶体5及倍频晶体6均镀有对基频光1064nm、拉曼光1180nm及倍频光590nm透过率大于98%的介质膜。所述的激光晶体3是Nd:YAG，钕的掺杂浓度为0. 5at. %，其长度为5mm ；拉曼晶体 5是SrwO4晶体，其长度为35mm ；调Q器件4是主动调Q的声光器件，采用的重复率为20KHz ； 倍频晶体6采用非临界相位匹配的KTP非线性晶体，其长度为5mm，切割方向角度为用于 1 ISOnm激光倍频的角度；泵浦源1是808nm光纤耦合输出的半导体激光器，光纤直径400微米，泵浦方式是端面泵浦，耦合透镜比率为1 1。实施例2 和实施例1相同，只是调Q器件4采用被动调Q器件Cr4+:YAG，小信号透过率为 75%。所述的泵浦源1是880nm光纤耦合输出的半导体激光器，光纤直径400微米，泵浦方式是端面泵浦，耦合透镜比率为1 1。实施例3 和实施例1相同，只是腔镜(1)8及输出镜9曲率半径分别为2000mm、500mm。激光晶体3是Nd:YAG，钕的掺杂浓度为Ι-at. %，其长度为35mm。调Q器件4是染料片。拉曼晶体5长度为25mm ；倍频晶体6采用非临界相位匹配的KTP非线性晶体，其长度为5mm，切割方向角度为用于IlSOnm激光倍频的角度。实施例4 和实施例3相同，只是激光晶体3是Nd: YVO4,钕的掺杂浓度为1. 2-at. %，其长度为25mm ；调Q器件4为被动调Q晶体；拉曼晶体5长度为30mm ；倍频晶体6采用非临界相位匹配的KTA非线性晶体，其长度为10mm，切割方向角度为用于IlSOnm激光倍频的角度。
权利要求1.一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、拉曼晶体、 调Q器件、倍频晶体、输入镜、输出镜、腔镜(1)及腔镜(2)，其特征在于泵浦源位于耦合透镜组之前，耦合透镜组后面放置输入镜；输入镜与腔镜(1)、输出镜及腔镜(2)共同构成谐振腔；激光晶体和调Q器件位于输入镜与腔镜(1)之间；拉曼晶体和倍频晶体位于输出镜及腔镜(2)之间；输入镜、腔镜(2)均为平镜，腔镜(1)及输出镜为凹面镜，使得光路改变形成折叠腔；其中输入镜镀有泵浦光808nm透过率大于98%同时对于基频光1064nm及拉曼光 IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(1)镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99%的介质膜；腔镜(2)镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm反射率大于99% 同时对倍频光590nm反射率大于98%的介质膜；输出镜镀有对基频光1064nm及拉曼光 1178nm反射率大于99%同时对于590nm透过率大于98%的介质膜；激光晶体镀有对基频光1064nm及拉曼光IlSOnm透过率大于98%的介质膜，拉曼晶体及倍频晶体均镀有对基频光1064nm、拉曼光1180nm及倍频光590nm透过率大于98%的介质膜。
2.如权利要求1所述的一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，其特征在于所述的拉曼晶体为SrWO4晶体，其长度20mm-50mm。
3.如权利要求1所述的一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，其特征在于所述的调Q器件为主动声光调Q器件、Cr4+: YAG、染料片、半导体片被动调Q器件的一种。
4.如权利要求1所述的一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，其特征在于所述的倍频晶体为KTP或者KTA非线性晶体，其长度为4mm-30mm，非线性晶体的切割方向为用于IlSOnm 激光倍频的角度。
5.如权利要求1所述的一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，其特征在于所述的泵浦源是半导体激光器、光纤耦合输出的半导体激光器、闪光灯和弧光灯中的一种，泵浦方式是端面泵浦或是侧面泵浦。
专利摘要一种全固态黄光自锁模拉曼激光器，属固态激光技术领域，包括泵浦源、耦合透镜组、激光晶体、拉曼晶体、调Q器件、倍频晶体等，其特征在于腔内没有锁模器件，通过合理的谐振腔设计，利用拉曼转换的自锁模调制机理实现对拉曼光的锁模调制，通过倍频晶体倍频后得到黄光的锁模脉冲输出。整体结构简单可靠，成本低廉。输入镜、腔镜、输出镜及激光晶体、倍频晶体端面分别镀有对相应波长的透过率或者反射率高于98％的介质膜。本实用新型激光器在不依靠锁模器件的情况下得到稳定的590黄光锁模脉冲输出，价格低廉、结构简单可靠、维护方便，在激光显示与照明、激光测量、生物医疗等领域有着广泛的需求与应用。
文档编号H01S3/30GK202050155SQ201120106628
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者张行愚, 张远耕, 李雷, 王旸, 王青圃, 范书振 申请人:山东大学