一种波长可调谐的红光激光器及波长调谐方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光技术和非线性光学领域，尤其涉及一种波长可调谐的红光激光器 及波长调谐方法。
【背景技术】
[0002] 目前，生物、材料等科学研究领域和医疗、检测等工业领域对可见光激光器尤其是 红色激光器具有广泛需求。目前常用的红色激光器多为半导体和固体激光器，由于受到激 光发射机制和激光材料性能的限制，其输出波长多为630nm、650nm、671nm等固定波段，波长 不能够任意调谐，极大限制了其在上述领域的应用。例如在光动力疗法治疗肿瘤过程中，需 要辅助以光敏剂产生单态氧来杀死癌细胞，不同光敏剂对激光的吸收峰值差异很大，需要 不同波长甚至波长可以任意调谐的激光治疗仪才具有较好疗效。产生波长可调谐激光的途 径之一是采用频率变换技术，例如倍频、差频和光参量振荡等。目前以全固态激光器栗浦的 光参量振荡器，采用BB0、LB0、KTP或PPLN等晶体作为非线性频率转换器件，通过机械方式调 整晶体的角度、位置等条件，可以产生波长从600nm至700nm的红色激光，波长可以根据需求 实现任意输出，能够满足上述需求对波长和功率的需求。但是，由于非线性晶体必须通过机 械调控的方式调整波长，造成装置内部含有步进电机、转动或位移平台等部件，结构复杂， 体积大，调谐速度慢，稳定性和可靠性均不足。
[0003] 分布布拉格半导体激光器(DBR)是一种通过电压调控分布反馈元件以达到调整输 出波长的激光器，由于不含有机械部件，因而结构紧凑，可靠性高，调谐速度可达到每秒数 千赫兹，调谐范围可达70nm以上，输出功率10mW左右。掺镱(Yb)光纤激光器在1064nm附近具 有超过lOOnm的增益范围，输出功率可高达数十瓦，通过加入调制元件后（调Q)可输出高重 复频率、高峰值功率的纳秒脉冲激光。光参量振荡(0P0)能将一个频率的激光转换为信号和 空闲频率的相干输出，而且可以在一个很宽的频率范围内实现调谐，是可调谐激光产生的 重要手段之一。准相位匹配非线性材料(或称光学超晶格)的出现，极大的提高了非线性频 率转化的能力，与传统的双折射相位匹配非线性材料相比，由于其具有高非线性系数及无 走离的优点，结合波导技术可以使非线性频率转换的效率获得极大提升，例如可通过倍频 技术(SHG)获得高功率532nm绿色激光。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种波长可调谐的红光激光器及波长调谐方法，克服了传统波长可 调谐激光器的机械结构复杂，体积大，调谐速度慢，稳定性和可靠性不足的问题。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种波长可调谐的红光激光器，其特征在于：由依次设置在同一轴线上的DBR激光 器、掺Yb光纤激光器、波导倍频器和光参量振荡器组成，其中所述DBR激光器与掺Yb光纤激 光器之间安装有隔离器，所述DBR激光器、隔离器、掺Yb光纤激光器、波导倍频器与光参量振 荡器之间通过光纤导管连接。
[0007] 所述波导倍频器为波导结构的啁嗽周期超晶格，所述啁嗽周期超晶格由矩形底座 和设置在矩形底座上方的超晶格组成，所述矩形底座由低折射率s〇2键合铌酸锂材料构成。
[0008]所述光参量振荡器为波导结构超晶格，波导结构超晶格的两端镀有增透膜，所述 波导结构超晶格在栗浦光入射端镀高反膜，所述波导结构超晶格在栗浦光出射端镀60%反 射膜。
[0009] 所述啁嗽周期超晶格和波导结构超晶格由LiNb〇3、LiTa〇3或KTP材料构成。
[0010] -种波长调谐方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0011] a、采用DBR激光器产生波长可调谐的种子光，将所述种子光通过光纤耦合，并经隔 离器隔离反馈光后，注入到掺Yb光纤激光器中；
[0012] b、所述掺Yb光纤激光器对注入光源进行调Q产生脉冲激光，并将所述脉冲激光输 出至波导倍频器；
[0013] C、输出激光进入波导式啁嗽周期超晶格中进行倍频，产生平均功率20W的500nm-530nm波长可调谐绿光，并由透镜耦合进入光参量振荡器；
[0014] d、光参量振荡器中的波导结构超晶格进行频率转换，输出600nm-700nm红色可调 谐激光。
[0015] 所述种子光为l〇〇〇nm-l〇60nm波长可调谐小功率红外激光。
[0016]所述脉冲激光的重复频率为50KHz，脉冲长度为100ns，输出功率为50W，偏振方向 处于竖直线偏振。
[0017]所述步骤d具体包括:所述光参量振荡器根据调谐后的种子光波长，判断产生红色 可调谐激光的波长。
[0018]与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
[0019] 通过上述本发明的技术方案，采用DBR激光器进行波长调谐，掺Yb光纤激光器作为 栗浦光，波导结构的啁嗽周期超晶格作为倍频器件，波导结构超晶格光参量振荡器输出可 调谐红光。该激光器具有结构小巧、性能稳定、波长调谐速度快的优点。本方法由波长可调 谐的DBR激光器作为种子光注入光纤激光器产生高功率近红外激光，经波导型啁嗽超晶格 倍频产生可调谐绿色栗浦激光，再由波导型光参量振荡器产生波长可调谐红色激光。即在 500nm-530nm之间调谐DBR种子光波长，产生600nm-700nm波长可调谐红色激光。本发明不包 含机械运动部件，波长调谐通过电控调制，体积小，可靠性高，调谐速度快，克服了传统波长 可调谐激光器的缺点。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例提供的波长可调谐红光激光器的组成结构示意图；
[0021] 图2是本发明实施例提供的波导结构啁嗽周期超晶格的结构示意图；
[0022] 图3是本发明实施例提供的光参量振荡器中波导结构超晶格的结构示意图；
[0023]图4是本发明实施例提供的波长调谐方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0025]如图1所示，为本发明实施例提出的一种波长可调谐的红光激光器，其特征在于： 由依次设置在同一轴线上的DBR激光器1、掺Yb光纤激光器3、波导倍频器4和光参量振荡器5 组成，其中DBR激光器1与掺Yb光纤激光器3之间安装有隔离器2，DBR激光器1、隔离器2、掺Yb 光纤激光器3、波导倍频器4与光参量振荡器5之间通过光纤导管连接。
[0026]如图2所示，波导倍频器4实际为波导结构的啁嗽周期超晶格6,啁嗽周期超晶格6 由矩形底座61和设置在矩形底座上方的超晶格62组成，矩形底座61采用低折射率S02材料 作为衬底，键合铌酸锂材料后，通过室温电场极化工艺制作啁嗽周期超晶格，再通过化学抛 光方式制作出截面尺寸l〇〇um*100um的矩形波导。为了提高转换效率，波导长度为40mm-50mm〇
[0027]如图3所示，光参量振荡器5实际为波导结构超晶格7,波导结构超晶格7的两端镀 有增透膜，波导结构超晶格7在栗浦光入射端镀高反膜，波导结构超晶格7在栗浦光出射端 镀60%反射膜。此种结构不包含可调腔镜，振荡光约束于波导内反射，效率高，可靠性好。 [0028]优选的，啁嗽周期超晶格6和波导结构超晶格7由LiNb03、LiTa03或KTP材料构成，具 有百微米量级的波导型截面和厘米