端面泵浦绿光激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种端面泵浦绿光激光器，包括泵浦源、聚焦透镜组、端镜、激光晶体、调Q晶体、绿光全反镜、分色镜、二倍频晶体及尾端镜，泵浦源用于发出泵浦光，激光晶体位于谐振腔内，调Q晶体、分色镜及二倍频晶体依次设置于激光晶体与尾端镜之间，端镜和尾端镜构成谐振腔，上述端面泵浦绿光激光器并未采用光纤传输，因此减少了光纤裸露和弯曲造成的扰动而影响输出功率，同时节约了成本。
【专利说明】
端面泵浦绿光激光器
技术领域
[0001 ]本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种端面栗浦绿光激光器。
【背景技术】
[0002]半导体激光器可分为侧面栗浦激光器和端面栗浦激光器两种。相对于侧面栗浦方式，端面栗浦的效率较高。正是由于端面栗浦方式效率高、模式匹配好等优点，所以它在国际上发展极为迅速，已成为激光学科的重点发展方向之一。它在激光打标、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研等领域都有广泛的用途，具有很大的市场潜力。
[0003]其中，532nm绿光激光常应用于冷加工领域，在非金属以及精密加工中的应用价值尤为突出。随着全球对精细加工的需求日益增加，使得绿光激光器的应用领域不断扩大。获取优良质量、能够长效稳定运行的绿光激光，对精密加工行业和非金属加工行业，意义重大。
[0004]传统技术通常以808nm或880nm半导体激光器发射出的光线，经过软光纤传输，然后再栗浦激光晶体产生1064nm脉冲光，1064nm脉冲光倍频产生532nm绿光。但是使用软光纤传输时，光纤造成的扰动容易影响输出光的功率，而且光纤部分的成本较高。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无需采用光纤传输的端面栗浦绿光激光器。
[0006]—种端面栗浦绿光激光器，包括栗浦源、聚焦透镜组、端镜、激光晶体、调Q晶体、绿光全反镜、分色镜、二倍频晶体及尾端镜，所述栗浦源用于发出栗浦光，所述端镜和所述尾端镜构成谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内，所述调Q晶体、分色镜及所述二倍频晶体依次设置于所述激光晶体与所述尾端镜之间，栗浦光经过所述聚焦透镜组聚焦整形后，入射到所述激光晶体内，栗浦光进入所述激光晶体后，在所述谐振腔内产生1064nm基频连续光，通过对所述调Q晶体进行电学控制与调制，得到在所述端镜与所述尾端镜之间来回反射的1064nm脉冲光，沿所述端镜到所述尾端镜的方向，1064nm脉冲光经过所述二倍频晶体后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过所述尾端镜全反射，再一次经过所述二倍频晶体，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，所有532nm绿光及未转化的1064nm脉冲光一起经过分色镜，利用分色镜全反532nm绿光、全透1064nm脉冲光的特性，未转化的1064nm脉冲光沿原路返回，继续在所述端镜与所述尾端镜之间来回反射直至全部转化成532nm绿光，532nm绿光全反至绿光全反镜上，再反射至谐振腔外。
[0007]在其中一个实施例中，所述聚焦透镜组包括两个平凸透镜，两个所述平凸透镜的外凸面相对设置。
[0008]在其中一个实施例中，所述端镜为808nm或880nm增透、1064nm高反的镜片，所述尾端镜为1064nm和532nm全反的镜片。
[0009]在其中一个实施例中，所述调Q晶体为声光Q晶体或者电光Q晶体。
[0010]在其中一个实施例中，所述调Q晶体为27MHz、40.68MHz或者80MHz的声光Q晶体。
[0011]在其中一个实施例中，所述二倍频晶体为三硼酸锂晶体、偏硼酸钡晶体、磷酸钛氧钾晶体或者磷酸二氢钾晶体。
[0012]在其中一个实施例中，栗浦光相对于所述分色镜的入射角为布鲁斯特角，所述绿光全反镜垂直于所述分色镜设置。
[0013]在其中一个实施例中，还设置有小孔光阑，所述小孔光阑位于所述谐振腔内，且位于所述分色镜与所述二倍频晶体之间。
[0014]在其中一个实施例中，所述栗浦源、所述二倍频晶体底部均设置有TEC温度控制器。
[0015]在其中一个实施例中，所述聚焦透镜组、端镜、激光晶体、调Q晶体、绿光全反镜、分色镜及二倍频晶体采用胶水固定，所述尾端镜采用镜片安装调节座固定，所述镜片安装调节座能够调节所述尾端镜的角度。
[0016]上述端面栗浦绿光激光器至少具有以下优点:
[0017]栗浦源发出808nm或者880nm的栗浦光，栗浦光经过聚焦透镜组聚焦整形后，入射到激光晶体内，栗浦光进入激光晶体后，在谐振腔内产生1064nm基频连续光，通过对调Q晶体进行电学控制与调制，得到在端镜与所述尾端镜之间来回反射的1064nm脉冲光，沿端镜到所述尾端镜的方向，1064nm脉冲光经过二倍频晶体后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过尾端镜全反射，再一次经过二倍频晶体，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，所有532nm绿光及未转化的1064nm脉冲光一起经过分色镜，利用分色镜全反532nm绿光、全透1064nm脉冲光的特性，未转化的1064nm脉冲光沿原路返回，继续在端镜与尾端镜之间来回反射直至全部转化成532nm绿光，532nm绿光全反至绿光全反镜上，再反射至谐振腔外。上述端面栗浦绿光激光器并未采用光纤传输，因此减少了光纤裸露和弯曲造成的扰动而影响输出功率，同时节约了成本。
【附图说明】
[0018]图1为一实施方式中端面栗浦绿光激光器的结构示意图；
[0019]图2为图1所示端面栗浦绿光激光器的光路图；
[0020]图3为一实施方式中镜片安装调节座的结构示意图；
[0021 ]图4为图3所示镜片安装调节座另一视角的结构示意图；
[0022]图5为图3所示镜片安装调节座的分解示意图；
[0023]图6为图3所示镜片安装调节座的另一视角的分解示意图；
[0024]图7为图3所示镜片安装调节座的再一视角的分解示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0026]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0028]请参阅图1，为一实施方式中的端面栗浦绿光激光器10。图2为该端面栗浦绿光激光器10的光路图。具体到图1所示实施例中，端面栗浦绿光激光器10包括栗浦源100、聚焦透镜组200、端镜300、激光晶体400、调Q晶体500、绿光全反镜600、分色镜700、二倍频晶体800及尾端镜900。
[0029]栗浦源100用于发出栗浦光。例如栗浦源100可以是发出808nm栗浦光的栗浦激光器模块，也可以是发出880nm栗浦光的栗浦激光器模块。本实施例中，栗浦源100是可以发出808nm栗浦光的栗浦激光器模块。
[0030]808nm栗浦激光器模块的底部设置TEC温度控制器(图未示)，用于进行PID温控，其中栗浦激光器模块的温控精度为0.1°C。
[0031]具体到本实施方式中，还设置有温控电路板101，温控电路板101设置在栗浦激光器模块的机械腔内，减少了信号由电源箱传输到激光器内部的长距离造成的干扰，温控更加稳定可靠，温控精度达到0.0re，保持良好的持续工作。
[0032]聚焦透镜组200用于聚焦整形栗浦源100发出的栗浦光，栗浦光经过聚焦透镜组200聚焦整形后入射到激光晶体400内。具体到本实施方式中，聚焦透镜组200包括两个平凸透镜210，两个平凸透镜210的外凸面相对设置。栗浦源100发出的栗浦光经过第一个平凸透镜210后变成平行的光线，平行的光线经过第二个平凸透镜210后聚焦射入激光晶体400内。采用两个平凸透镜210代替耦合镜筒来聚焦整形光线，减少了直接购买耦合镜筒的昂贵费用，降低了成本。
[0033]端镜300及尾端镜900构成谐振腔10a，激光晶体400位于谐振腔1a内，调Q晶体500、分色镜700及二倍频晶体800依次设置于激光晶体400与尾端镜900之间。
[0034]具体地，端镜300为808nm或880nm增透、1064nm高反的镜片。因此，端镜300对于808nm或者880nm栗浦光都具有增透作用，对1064nm脉冲光具有高反射作用。尾端镜900为1064nm和532nm全反的镜片。因此，尾端镜900对于1064nm脉冲光和532nm绿光都具有全反射的作用。
[0035]栗浦光进入激光晶体400后，在谐振腔1a内产生1064nm基频连续光。通过对调Q晶体500进行电学控制与调制，得到在端镜300与尾镜之间来回反射的1064nm脉冲光。
[0036]调Q晶体500可以为声光Q晶体或者电光Q晶体。例如，调Q晶体500可以为27MHz、40.68MHz或者80MHz的声光Q晶体。
[0037]沿端镜300到尾端镜900的方向，1064nm脉冲光经过二倍频晶体800后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光。532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过尾端镜900全反射，再一次经过二倍频晶体800，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光。
[0038]采用腔内倍频的方式，1064nm基频连续光两次通过二倍频晶体800，提高了基频连续光的转换效率，而且在效率允许的条件下，可以采用更短的二倍频晶体800，节约物料成本。
[0039]二倍频晶体800具体地可以为LB0(三硼酸锂晶体)，ΒΒ0(偏硼酸钡晶体)，KTP(磷酸钛氧钾晶体)或者KDP(磷酸二氢钾晶体)。
[0040]二倍频晶体800的底部也设置有TEC温度控制器，用于对二倍频晶体800进行PID温控，二倍频晶体800的温控精度为0.0rC。
[0041 ] 532nm绿光及未转化的1064nm脉冲光一起经过分色镜700，利用分色镜700全反532nm绿光、全透1064nm脉冲光的特性，未转化的1064nm脉冲光沿原路返回，继续在所述端镜300与所述尾端镜900之间来回反射直至全部转化成532nm绿光，532nm绿光全反至绿光全反镜600上，再反射至谐振腔1a外。
[0042]栗浦光相对于分色镜700的入射角为布鲁斯特角(如图2中的α)，有利于提高水平偏振1064nm脉冲光的透过率。绿光全反镜600垂直于分色镜700设置，即，绿光全反镜600与分色镜700所成的夹角β为90°。因此，532nm绿光经过分色镜700全反射入射到绿光全反镜600后，绿光全反镜600能够将532nm绿光沿着与1064nm脉冲光平行的方向射出谐振腔1a夕卜。当然，在其它的实施方式中，绿光全反镜600的设置角度还可以为其它角度，只要将转化形成的532nm反射出谐振腔1a外即可。
[0043]具体到本实施方式中，还设置有小孔光阑102，小孔光阑102位于谐振腔1a内，且位于分色镜700与二倍频晶体800之间。1064nm脉冲光经过小孔光阑102后再经过尾端镜900全反射，小孔光阑102的作用是抑制高阶模，使激光器基模运转，从而输出高功率的基模光。
[0044]具体到本实施方式中，端面栗浦绿光激光器10的整体底板下还设置有挖水道，水冷机通水进行整体的温度控制。
[0045]谐振腔1a内的激光晶体400、调Q晶体500、绿光全反镜600、分色镜700、二倍频晶体800及尾端镜900的中心高度都为12.7mm，更有利于热的传导，同时机械稳定性也大大提高。谐振腔I Oa内还设置有干燥剂，保证谐振腔I Oa内的干燥度。
[0046]对谐振腔1a进行密封处理，在超净间封装后保证腔内洁净度和干燥度，有效防止外界环境污染各种镜片和各种晶体，利用水冷系统保持内部工作温度恒定，从而有效延长晶体和镜片的使用寿命。
[0047]聚焦透镜组200、端镜300、激光晶体400、调Q晶体500、绿光全反镜600、分色镜700
及二倍频晶体800直接采用胶水粘接固定，简化了结构，而且对长期工作的稳定性有利。
[0048]尾端镜900采用镜片安装调节座910固定，镜片安装调节座910能够调节尾端镜900的角度，调节完角度后也将尾端镜900锁紧，使得加工成本降低，调节难度减少，长期稳定可靠性增加。
[0049]请一并参阅图3至图7，具体地，镜片安装调节座910包括调节底座911、安装座912、压环913、紧固件914及调节螺钉915。调节底座911的中部开设有第一通光孔911a。第一通光孔911a的直径可以大于尾端镜900的直径，也可以等于尾端镜900的直径。调节底座911上还开设有调节孔911b及第一安装孔911c。调节孔911b及第一安装孔911c都可以为螺纹孔。
[0050]调节底座911上开设有固定块9111，固定块9111上开设有固定孔9112。可以通过螺钉等紧固件914将调节底座911固定于激光器中。固定块9111的数量可以为两个，两个固定块9111上分别开设有固定孔9112。
[0051 ] 安装座912的中部开设有第二通光孔912a，第二通光孔912a与第一通光孔911a同轴设置。安装座912上还开设有第二安装孔912b。
[0052]压环913设置于第二通光孔912a处，将尾端镜900锁紧于安装座912的第二通光孔912a内。紧固件914依次穿设于第一安装孔911c内及第二安装孔912b内。调节螺钉915的一端贯穿调节孔911b后与安装座912抵触。
[0053]具体到本实施方式中，调节孔911b的数量为三个，三个调节孔911b的端面的中心呈直角三角形设置。例如，调节底座911大致呈矩形状，三个调节孔911b分别位于调节底座911的三个角落。
[0054]第一安装孔911c的数量为两个，两个第一安装孔911c的端面的中心的连线与三个调节孔911b的端面的中心所成的直角三角形的斜边平行设置。第一安装孔911c的内侧壁上还形成有阶梯槽(图未示)。
[0055]第二通光孔912a主要用于容纳尾端镜900。具体地，第二通光孔912a的内侧壁沿其径向方向向内形成有第一阻挡环9121，第一阻挡环9121的内径小于尾端镜900的直径，可以有效防止尾端镜900从第二通光孔912a内掉落。
[0056]具体地，第二安装孔912b的数量与第一安装孔911c的数量相同，也为两个。且两个第二安装孔912b的位置与第一安装孔911c的位置相对应。
[0057]具体到本实施方式中，安装座912面向调节底座911的一面还开设有圆弧凹槽912c。圆弧凹槽912c的数量为三个，且三个圆弧凹槽912c的位置与三个调节孔911b的位置相对应。
[0058]具体地，压环913的内径小于或者第二通光孔912a的内径，且压环913的内径大于尾端镜900的直径。压环913的内侧壁沿其径向方向向内形成有第二阻挡环9131，第二阻挡环9131的内径小于尾端镜900的尺寸，可以有效防止尾端镜900从压环913内掉落。
[0059]压环913上设置有外螺纹，第二通光孔912a内设置有内螺纹，通过外螺纹与内螺纹相螺合以将压环913设置于第二通光孔912a处。
[0060]具体地，紧固件914可以为内六角螺钉。还可以在内六角螺钉上套设有弹性垫片。内六角螺钉和弹性垫片为常规的标准件，结构简单，加工容易。而且使用常规的L型内六角扳手即可实现安装与调节。
[0061 ] 具体地，调节螺钉915可以为机米螺钉，机米螺钉的一端为球面，机米螺钉的一端贯穿调节孔911b后，其球面与安装底座的圆弧凹槽贴合。
[0062]紧固件914及调节螺钉915使用标准件，因此本实施方式中需要加工的零件就只有三个，分别为调节底座911、安装座912及压环913，而且三个零件均无特殊材质要求，加工也无特殊精度要求，成本较低，批量生产成本更低。
[0063]使用过程中，将三个机米螺钉拧入安装座912内，并同时在球面突出的长度(可根据实际需求来调节合适的距离)，球面端与安装座912的三个圆弧凹槽紧贴，再锁紧带弹簧垫片的内六角螺钉，使机米螺钉顶住安装座912，将尾端镜900放入安装座912的第二通光孔912a内，拧上压环913，达到锁紧尾端镜900的目的。
[0064]通过L型内六角扳手旋转机米螺钉，可达到在一定范围内调节尾端镜900二维角度的功能:其中与两内六角螺钉远离的斜角机米螺钉不用旋动，作为基点；用内六角扳手拧动相对于基点机米螺钉处于水平方向的机米螺钉，可以达到调节尾端镜900左右角度的目的；用内六角扳手拧动相对于基点机米螺钉处于竖直方向的机米螺钉，可以达到调节尾端镜900俯仰角度的目的。
[0065]尾端镜900角度调节后，在保证尾端镜900角度不变的情况下，缓慢均匀的拧紧两个带弹片的内六角螺钉，直到达到非常紧的程度，此时调节固定工作完成，调节座处于稳定状态。
[0066]整体尾端镜900角度调节过程中，该结构装配方便，使用常规的L型内六角扳手即可实现安装与调节;可以单独的调节尾端镜900的左右角度与俯仰角度，这样就使得在调节尾端镜900左右或者俯仰过程中互相不影响，可以一个维度一个维度的调节至最优化，在调节上非常的简洁明了，而且基本无空程差，实现完美可逆调节。
[0067]尾端镜900调节完成后，对于可靠的工业产品而言，必须稳定可靠，这样就要求该调节底座911维持最后的角度不变;通过两个带弹性垫片的内六角螺钉可完全锁紧和保持尾端镜900的最优角度，尾端镜900角度基本不可动，可抵抗严格的震动测试而保持不变，完全满足工业产品的需求。
[0068]上述端面栗浦绿光激光器10并未采用光纤传输，因此减少了光纤裸露和弯曲造成的扰动而影响输出功率，同时节约了成本。
[0069]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种端面栗浦绿光激光器，其特征在于，包括栗浦源、聚焦透镜组、端镜、激光晶体、调Q晶体、绿光全反镜、分色镜、二倍频晶体及尾端镜，所述栗浦源用于发出栗浦光，所述端镜和所述尾端镜构成谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内，所述调Q晶体、分色镜及所述二倍频晶体依次设置于所述激光晶体与所述尾端镜之间，栗浦光经过所述聚焦透镜组聚焦整形后，入射到所述激光晶体内，栗浦光进入所述激光晶体后，在所述谐振腔内产生1064nm基频连续光，通过对所述调Q晶体进行电学控制与调制，得到在所述端镜与所述尾端镜之间来回反射的1064nm脉冲光，沿所述端镜到所述尾端镜的方向，1064nm脉冲光经过所述二倍频晶体后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过所述尾端镜全反射，再一次经过所述二倍频晶体，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，所有532nm绿光及未转化的1064nm脉冲光一起经过分色镜，利用分色镜全反532nm绿光、全透1064nm脉冲光的特性，未转化的1064nm脉冲光沿原路返回，继续在所述端镜与所述尾端镜之间来回反射直至全部转化成532nm绿光，532nm绿光全反至绿光全反镜上，再反射至谐振腔外。2.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述聚焦透镜组包括两个平凸透镜，两个所述平凸透镜的外凸面相对设置。3.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述端镜为808nm或880nm增透、1064nm高反的镜片，所述尾端镜为1064nm和532nm全反的镜片。4.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述调Q晶体为声光Q晶体或者电光Q晶体。5.根据权利要求4所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述调Q晶体为27MHz、40.68MHz或者80MHz的声光Q晶体。6.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述二倍频晶体为三硼酸锂晶体、偏硼酸钡晶体、磷酸钛氧钾晶体或者磷酸二氢钾晶体。7.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，栗浦光相对于所述分色镜的入射角为布鲁斯特角，所述绿光全反镜垂直于所述分色镜设置。8.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，还设置有小孔光阑，所述小孔光阑位于所述谐振腔内，且位于所述分色镜与所述二倍频晶体之间。9.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述栗浦源、所述二倍频晶体底部均设置有TEC温度控制器。10.根据权利要求1所述的端面栗浦绿光激光器，其特征在于，所述聚焦透镜组、端镜、激光晶体、调Q晶体、绿光全反镜、分色镜及二倍频晶体采用胶水固定，所述尾端镜采用镜片安装调节座固定，所述镜片安装调节座能够调节所述尾端镜的角度。
【文档编号】H01S3/081GK106058630SQ201610520146
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】任戬, 刘猛, 刘健
【申请人】深圳市杰普特光电股份有限公司