Cr4+被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1570nmOPO激光器的制作方法

本发明属于Nd:KGW内腔式OPO激光器领域，涉及一种Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器。

背景技术：

掺钕钨酸钾钆激光晶体，分子式为Nd³⁺:KGd(Wo₄)₂，简称Nd:KGW，被认为是一种良好的基质材料，晶体中用Nd³⁺离子替代Gd³⁺离子,离子半径失配较小,使得掺杂的激活离子浓度较高，掺杂浓度(原子数分数)可达3％～8％,Nd∶KGW晶体的吸收光谱如图1所示，由于以上特性从而具有较高受激发射截面，泵浦阈值低的特点，由于它是各向异性的双轴晶体,因此输出激光是线偏振的，输出波长为1.067μm。

1.57μm OPO激光器技术是将1.067μm激光波长通过非线性晶体的光参量转换效应(简称OPO)转换为1.57μm左右的激光波长输出，具有对人眼最安全，大气及烟雾的穿透能力强，目标反射系数高等特点。

目前，常用的方法是使用Nd:YAG晶体产生1.064μm激光，再通过非线性晶体的光参量转换效应(简称OPO)转换为1.57μm左右的激光波长输出。

从图1可以看到，在使用闪光灯泵浦方式下，在400nm～900nm范围内,Nd∶KGW晶体有丰富的吸收带,特别是808nm处的吸收线宽较宽,为3nm～4nm,而Nd∶KGW晶体在此波长处的吸收系数是Nd∶YAG的1.35倍，从而Nd∶KGW晶体具有比Nd∶YAG晶体更高受激发射截面和效率，从而降低了泵浦阈值。

此外，由于Nd∶YAG晶体是各向同性晶体，输出的激光不是线偏振光，为了提高OPO的转换效率必须使用偏振元件将输出的1064μm激光转换成线偏振光，从而增大了结构体积。使用Nd∶KGW晶体则可利用其输出激光为线偏振光的特性直接泵浦非线性晶体，在同级别输出情况下可减小结构体积。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器，实现输出激光波长处于人眼安全波段、电光效率高、结构简单紧凑的特点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器，其包括：1067nm输出镜1、Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2、Nd∶KGW晶体3、KTP晶体4、1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5和氙灯6；1067nm输出镜1和1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5组成谐振腔；谐振腔内，靠近1067nm输出镜1布置Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2，靠近1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5布置KTP晶体4，Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2和KTP晶体4之间设置漫反射聚光腔，漫反射聚光腔内布置相平行的Nd∶KGW晶体3和氙灯6；1067nm输出镜1、Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2、Nd∶KGW晶体3、KTP晶体4、1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5同轴布置。

其中，所述Nd∶KGW晶体3吸收氙灯6泵浦源辐射的能量后，形成反转粒子数分布，当Nd³⁺在能级⁴I_13/2至⁴I_11/2之间跃迁时，产生波长为1.067μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在谐振腔内形成谐振并由Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2调Q后产生1.067μm激光巨脉冲并作为非线性KTP晶体4产生光参量振荡效应的泵浦光源，经过插入在1.067μm激光谐振腔内的KTP晶体4与1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5组成内腔式的OPO谐振腔，产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，剩余1.067μm激光经1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5反射再次经过KTP晶体4再次产生1.57μm激光输出从而提高了1.067μm-1.57μm激光的光光转换效率，相应的提高了总体电光效率，同时利用Nd∶KGW晶体3输出激光为线偏振光的特性直接泵浦非线性晶体。

其中，所述激光器谐振腔为平-平腔，其中1.067μm输出镜1的透过率为25％～30％；1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5的镀膜要求为1.067μm HR，R≥99.7％，1.57μm透过率80％。

其中，所述Nd∶KGW晶体3的两个端面需镀1.067μm增透膜。

其中，所述KTP晶体4的两个光学面的镀膜要求为：S₁面AR1.067μm，R≤0.25％；HR1.57μm，R≥99.7％；S₂面AR1.067μm/1.57μm，R≤0.25％。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器，输出能量可达到15mJ,电光效率为3.4‰，与相同输出能量和工作方式的“Cr⁴⁺被动调QNd:YAG的1.57μm OPO激光器”相比，电光效率提高20％，体积减小15％。

附图说明

图1为Nd∶KGW晶体的吸收光谱示意图。

图2为本发明实施例激光器组成示意图。

图3为Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器光路原理图。

图中，1：1067nm输出镜；2：Cr⁴⁺:YAG调Q晶体；3：Nd∶KGW晶体；4：KTP晶体；5：1570nm输出镜及1067nm全反镜；6：氙灯。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图2和图3所示，本实施例Cr⁴⁺被动调Q掺钕钨酸钾钆内腔式1.57μm OPO激光器包括：1067nm输出镜1、Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2、Nd∶KGW晶体3、KTP晶体4、1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5和氙灯6；1067nm输出镜1和1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5组成谐振腔；谐振腔内，靠近1067nm输出镜1布置Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2，靠近1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5布置KTP晶体4，Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2和KTP晶体4之间设置漫反射聚光腔，漫反射聚光腔内布置相平行的Nd∶KGW晶体3和氙灯6；1067nm输出镜1、Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2、Nd∶KGW晶体3、KTP晶体4、1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5同轴布置。

Nd∶KGW晶体3吸收氙灯6泵浦源辐射的能量后，形成反转粒子数分布，当Nd³⁺在能级⁴I_13/2至⁴I_11/2之间跃迁时，产生波长为1.067μm的受激辐射跃迁，跃迁的光子在谐振腔内形成谐振并由Cr⁴⁺:YAG调Q晶体2调Q后产生1.067μm激光巨脉冲并作为非线性KTP晶体4产生光参量振荡效应的泵浦光源，经过插入在1.067μm激光谐振腔内的KTP晶体4与1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5组成内腔式的OPO谐振腔，产生光参量振荡效应形成1.57μm激光输出，剩余1.067μm激光经1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5反射再次经过KTP晶体4再次产生1.57μm激光输出从而提高了1.067μm-1.57μm激光的光光转换效率，相应的提高了总体电光效率，同时利用Nd∶KGW晶体3输出激光为线偏振光的特性直接泵浦非线性晶体，减少了必须利用偏振片产生线偏振光再泵浦非线性晶体的环节，可简化结构设计并减小结构体积。

激光器谐振腔为平-平腔，其中1.067μm输出镜1的透过率为25％～30％；1.57μm输出镜/1.067μm全反镜5的镀膜要求为1.067μm HR，R≥99.7％，1.57μm透过率80％。

为减少传输损耗，Nd∶KGW晶体3的两个端面需镀1.067μm增透膜。

作为非线性晶体产生光参量振荡效应的必要条件，泵浦光必须达到一定的峰值功率密度和能量密度，因此采用了Cr⁴⁺：YAG晶体作为被动调Q元件，从而使Nd∶KGW晶体产生脉冲宽度为10ns左右的1.067μm激光输出，考虑激光器工作阈值电压、工作电压坪区及腔内光学元器件的损伤阈值等综合因素，设计中Cr⁴⁺：YAG晶体的透过率为30％～35％。

作为产生光参量振荡效应的非线性晶体KTP的切割方向为X切割(θ＝90°，Φ＝0°)的Ⅱ类相位匹配，为了提高转换效率降低阈值，两个光学面的镀膜要求为：S₁面AR1.067μm，R≤0.25％；HR1.57μm，R≥99.7％；S₂面AR1.067μm/1.57μm，R≤0.25％。

由上述技术方案可以看出，本发明激光器输出能量可达到15mJ,电光效率为3.4‰，与相同输出能量和工作方式的“Cr⁴⁺被动调QNd:YAG的1.57μm OPO激光器”相比，电光效率提高20％，体积减小15％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。