红、黄、绿同时输出的固体激光装置及其激光产生方法

专利名称：红、黄、绿同时输出的固体激光装置及其激光产生方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，特别涉及全固态0.5微米波段范围绿光、0.5微 米波段范围黄光及0.6微米波段范围红光三波长红、黄、绿同时输出的固体激 光装置及三波长可见激光的产生方法。
背景技术：
自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，各类激光器及激光技术 发展极为迅速。其中，多波长激光器的发展备受瞩目，由于它克服了传统激光 器输出单一波长的缺陷，在激光医学、激光彩色显示、激光全彩色电影、大气 监测及科学实验中占有重要的地位，颇有理论研究价值和应用价值，国内外都 有利用非线性光学晶体进行激光频率变换以获得多波长激光的相关报道。如采 用一台全固态锁模激光器和一台光纤激光器提供的基频光通过腔外倍频与和 频获红、绿、蓝三基色激光同时输出(US. Patent, Pub. No. :US2001/0010698 Al， RGB Laser Radiation Source);中国专利(公开号:1411113A)中采用一 块PPKTP晶体实现了红、黄、蓝三波长激光同时输出。在上述两项技术中，一 方面它们均不能提供红、黄、绿三波长激光同时输出，而红、黄、绿三波长激 光器不仅可以用于激光演示，还是全固态医用激光光源之一，即全固态多波长 激光眼底病治疗仪器的核心设备，因此，开发设计此三波长可见光激光器有着 重要的实际应用价值；另一方面，前者所用光纤和后者所用的周期极化晶体价
格都很昂贵，而且前者利用腔外倍频与和频技术，相对于腔内倍频与和频而言， 功率密度低，转换效率低，而后者，用于和频产生黄光的1064nin和1319nm基 频光来源于同一块增益介质Nd:YAG，要想有好的功率配比和空间相干性对谐振腔镜的透过率和镀膜要求较高，工艺较复杂。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种全固态红、黄、绿 三波长同时输出激光器，采用两块激光晶体提供不同波长的基频光，同时应用 腔内倍频技术和镀有偏振膜的分束镜对双波长基频光的不同偏振态进行控制， 充分利用了基频光的能量，具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵 活方便、工作安全的全固态红、黄、绿同时输出的固体激光装置。
本发明的另一目的在于提供红、黄、绿三波长激光的产生方法。
为了.克服上述现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的 一种全 固态红、黄、绿三波长同时输出激光装置，包括第一平凹全反射端镜，入射第 一平凹全反射端镜的水平光路上依次设置有第一声光调Q晶体、第一掺杂NcT 的激光晶体及其侧面第一泵浦源、第一偏振分束器、第一谐波反射镜、和频晶 体、第一平面反射端镜；垂直光路上面向第一偏振分束器的一面依次设置有第 二平凹全反射端镜、第二声光调Q晶体、第二掺杂Nd3+的激光晶体及其侧面第 二泵浦，，第一偏振分束器的另一面下方分别设置有第二偏振分束器和135° 平面反射镜，第一偏振分束器的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜、第一 倍频晶体、第二平面反射端镜；第四平面反射镜的水平光路上依次设置有第三 谐波反射镜、第二倍频晶体、第三平面反射端镜。
所述的第一偏振分束器靠近第一掺杂Ncf+的激光晶体的一面镀有1. 0微米 波段范围基频光偏振增透(透过率T〉99.890和1.0微米波段范围基频光 'S'偏振高反(反射率R〉99.8y。)及1.3微米波段范围基频光《P'偏振高透 (透过率T〉99.8y。)的三色膜，靠近第二掺杂Ncf+的激光晶体的一面镀有1.0 微米波段范围基频光'P'偏振增透(透过率T〉99.8%)、 1.3微米波段范围基 频光'S，偏振高反(反射率R〉99.890及1. 3微米波段范围基频光'P，偏振 高透(透过率T〉99. 890的三色膜，其倾斜角度与水平正向夹角为130。 140°。
所述的第二偏振分束器可以是宽带偏振分光棱镜(0. 9微米波段到1. 3微米波 段范围基频光，'S'偏振透射和'P'偏振反射)或镀有偏振膜的平面镜(靠 近第一偏振分束器的一面镀有1.0微米波段范围基频光'S'偏振高透(透过 率T〉99.890及1.3微米波段范围基频光卞'偏振高反(反射率T〉99.8y。)的 双色膜，另一面镀有1.0微米波段范围基频光'S'偏振高透膜(透过率 T>99.8%));第四平面反射镜靠近第二倍频晶体的一面镀有1.0微米波段范围 基频光'S'偏振高反膜(反射率R〉99.8呢)。
所述的第一平凹全反射端镜面向第一声光调Q晶体的一面镀有l.O微米波 段基频光全反膜(反射率大于99.9%);第二平凹全反射端镜面向第二声光调Q 晶体的一面镀有1. 3微米波段基频光全反膜(反射率大于99.9%);第一平面 反射端镜面向和频晶体的一面镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光的全反双色 膜(反射率大于99.9%)'及0.5微米波段范围和频光的增透膜(透过率大于 99.9%)，另一面镀有0.5微米波段范围和频光的增透膜(透过率大于99.8%); 第二平面反射端镜面向第一倍频晶体的一面镀有1. 3微米波段范围基频光？' 偏振高反(反射率T〉99.8。/。)和0. 6微米波段范围倍频光的增透(透过率大于 99.8%)的双色膜；第三平面反射端镜面向第二倍频晶体的一面镀有1.0微米 波段范围基频光'S，偏振高反(反射率T〉99.8y。)和0.5微米波段范围倍频光 的增透(透过率大于99.8%)的双色膜。
所述的第一平凹全反射端镜和第二平凹全反射端镜的曲率半径选取范围 为800-1200醒。
所述的第一谐波反射镜两面均镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光的增透 膜(透过率大于99. 9%)，其中面向和频晶体的一面还镀有0. 5微米波段范围和 频黄光的高反膜(反射率大于99. 8%);第二谐波反射镜两面均镀有1. 3微米波 段范围基频光的增透膜(透过率大于99. 9%),其中面向第一倍频晶体的一面还 镀有0. 6微米波段范围倍频红光的高反膜(反射率大于99. 8%);第三谐波反射镜两面均镀有1. 0微米波段范围基频光的增透膜(透过率大于99. 9%)，其中面 向第二倍频晶体的一面还镀有0. 5微米波段范围倍频绿光的高反膜(反射率大 于99.8%)。
所述的和频晶体、第一倍频晶体和第二倍频晶体可以是三硼酸锂(LB0)、 e-偏硼酸钡(BB0)、磷酸钛氧钾(KTP)及其它非线性光学晶体中的同一种、不 同的两种或三种晶体。
所述的第一掺杂NcT的激光晶体和第二掺杂配3+的激光晶体可以是掺钕钇 铝石榴石(Ncf :YAG)、掺钕钒酸钇(Nd3+:YV04)、掺钕铝酸钇(Nd3+:YAP)、掺钕 氟化钇锂(Nd3+:YLF)等激光晶体中的同一种或不同两种晶体。 所述的第一声光调Q晶体第二声光调Q晶体受同一驱动源控制。 所述的第一侧面泵浦源和第二侧面泵浦源可以是激光二极管泵浦源也可以是 氙灯泵浦源。
一种激光装置的激光产生方法，按下述步骤进行
1)、第一掺杂Nd"的激光晶体(14)和第二掺杂NcT的激光晶体(16)分 别吸收侧面第一泵浦源(7)和侧面第二泵浦源(17)辐射的能量后，形成反 转粒子fJ分布，N(T在能级4F3/2-4111/2和4F3/2-4113/2之间分别跃迁，产生1. 0微米 和1.3微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振 腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由第一掺杂NcT的激光晶体(14) 提供的l.O微米波段范围的基频光由第一平凹全反射端镜(1)，经第一声光调 Q晶体(12)、第一掺杂Ncf+的激光晶体(14)入射到第一偏振分束器(4)，第 一偏振分束器(4)将其分成两路偏振光，其中一条光路是1.0微米波段范围 的(S'偏振基频光经第一偏振分束器(4)反射、第二偏振分束器(10)透射、 第四平面反射镜(11)反射及第三谐波反射镜(9)透射后入射到第二倍频晶 体(20)，经第二倍频晶体(20)倍频产生绿光，产生的倍频绿光与未经转换 的l.O微米'S'偏振基频光一同到达第三平面反射端镜(6)， 'S，偏振基频
光经反射再次通过第二倍频晶体(20)倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平 凹全反射端镜(1)，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜(9)反射后一同 水平输出腔外；
2) 、由第二掺杂NcT的激光晶体(16)提供的1.3微米波段范围的基频光 由第二平凹全反射端镜(2)反射，经第二声光调Q晶体(13)、第二掺杂^3+ 的激光晶体(16)入射到第一偏振分束器(4)，第一偏振分束器(4)也将其 分成两路偏振光，其中一条光路是1.3微米波段范围的'P'偏振基频光经第 一偏振分束器(4)透射、第二偏振分束器(10)反射及第二谐波反射镜(8) 透射后入射到第一倍频晶体(19)，产生的倍频红光与未经转换的1. 3微米'P， 偏振基频光一同到达第二平面反射端镜(5)， 'P'偏振基频光经反射再次通过 第一倍频晶体(19)后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜(2)，两 次倍频产生的红光被第二谐波反射镜(8)反射后一同水平输出腔外；
3) 、另一路1.0微米波段范围的'P'偏振基频光经第一偏振分束器(4) 透射与另一路1.3微米波段范围的'S'偏振基频光经第一偏振分束器(4)反 射后一同经第一谐波反射镜(7)入射到和频晶体(18)，经和频作用，产生的 和频黄光'与未经转换的l.O微米波段范围的？'偏振基频光和1. 3微米波段 范围的'S'偏振基频光一同到达第一平面反射端镜(3)，两波长基频光经反 射再次通过和频晶体(18)和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反 射端镜(1)和第二平凹全反射端镜(2)，两次和频产生的黄光被第一谐波反 射镜(7)反射后水平输出腔外。
本发明与现有技术相比，全固态红、黄、绿三波长同时输出激光装置，釆 用镀有偏振膜的偏振分束镜，将双波长基频光分别分成偏振态不同光，使其在 各自相应的谐振腔内分别振荡，每一路光都可以独立进行调节，使操作更为方 便灵活，而且可以使其在和频过程中有更好的空间相干性，同时也避免了腔内 插入起偏器等光学元件造成对基波的损失，充分利用了基频光的能量，具有转
换效率高、结构紧凑、调节灵活方便等特点，广泛用于激光医学、激光彩色显 示、激光全彩色电影、大气监测、科学实验、天文、国防及科学研究领域。


图l为本发明全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置的结构示
意具体实施例方式
附图1为本发明的实施例。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
参照图1所示，全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置，包括 第一平凹全反射端镜1，入射第一平凹全反射端镜1的水平光路上依次设置有 第一声光调Q晶体12、第一掺杂N(T的激光晶体14及其侧面第一泵浦源15、 第一偏振分束器4、第一谐波反射镜7、和频晶体18、第一平面反射端镜3; 垂直光路上面向第一偏振分束器4的一面依次设置有第二平凹全反射端镜2、 第二声光调Q晶体13、第二掺杂NcT的激光晶体16及其侧面第二泵浦源17， 第一偏振分束器4的另一面下方分别设置有第二偏振分束器10和第四平面反 射镜11，'第一偏振分束器10的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜8、第 一倍频晶体19、第二平面反射端镜5;第四平面反射镜11的水平光路上依次 设置有第三谐波反射镜9、第二倍频晶体20、第三平面反射端镜6。
所述第一偏振分束器4靠近第一掺杂N(T的激光晶体14的一面镀有1.0 微米波段范围基频光'P，偏振增透膜，和1.0微米波段范围基频光'S'偏振 高反及1.3微米波段范围基频光'P，偏振高透的三色膜，靠近第二掺杂Nd3+ 的激光晶体16的一面镀有1. 0微米波段范围基频光'P'偏振增透膜，1. 3微 米波段范围基频光'S'偏振高反及1.3微米波段范围基频光'P'偏振高透的 三色膜，其倾斜角度与水平正向夹角为130 ° 140°。
所述第二偏振分束器10可以是宽带偏振分光棱镜(对0. 9微米波段到1. 3
微米波段范围基频光偏振透射和'P'偏振反射)，或是镀有偏振膜的平
面镜，靠近第一偏振分束器4的一面镀有L0微米波段范围基频光'S'偏振 高透及1. 3微米波段范围基频光'P'偏振高反的双色膜，另一面镀有1.0微 米波段范围基频光偏振高透膜；第四平面反射镜11靠近第二倍频晶体20 的一面镀有1.0微米波段范围基频光'S'偏振高反膜。
所述第一平凹全反射端镜1面向第一声光调Q晶体12的一面镀有1.0微米 波段基频光全反膜；第二平凹全反射端镜2面向第二声光调Q晶体13的一面 镀有1. 3微米波段基频光全反膜；第一平面反射端镜3面向和频晶体18的一 面镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光的全反双色膜及0. 5微米波段范围和频 光的增透膜，另一面镀有0. 5微米波段范围和频光的增透膜；第二平面反射端 镜5面向第一倍频晶体19的一面镀有1.3微米波段范围基频光偏振高反 和0. 6微米波段范围倍频光的增透的双色膜；第三平面反射端镜6面向第二倍 频晶体20的一面镀有1.0微米波段范围基频光'S'偏振高反和0.5微米波段 范围倍频光的增透的双色膜。
所述第一平凹全反射端镜1和第二平凹全反射端镜2的曲率半径选取范围 为800~1200匪。
所述第一谐波反射镜7两面均镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光的增透 膜，其中面向和频晶体18的一面还镀有0. 5微米波段范围和频黄光的高反膜； 第二谐波反射镜8两面均镀有1. 3微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第 一倍频晶体19的一面还镀有0. 6微米波段范围倍频红光的高反膜；第三谐波 反射镜9两面均镀有1. 0微米波段范围基频光的增透膜，其中面向第二倍频晶 体20的一面还镀有0. 5微米波段范围倍频绿光的高反膜。
所述和频晶体18、第一倍频晶体19和第二倍频晶体20为三硼酸锂LBO、 P -偏硼酸钡BBO、磷酸钛氧钾KTP或其它非线性光学晶体中的同一种、不同的 两种或三种晶体。
所述第一掺杂NcT的激光晶体14和第二掺杂N(T的激光晶体16为掺钕钇 铝石榴石Nd3+:YAG、掺钕钒酸钇Nd3+:YV04、掺钕铝酸钇Nd3+:YAP、掺钕氟化钇 锂NcT: YLF激光晶体中的同一种或其中的两种晶体。
所述第一声光调Q晶体12和第二声光调Q晶体13受同一驱动源控制。 所述侧面第一泵浦源15和侧面第二泵浦源17为激光二极管泵浦源或是氙 灯泵浦源。
三波长激光装置的激光产生方法，按下述步骤进行
1) 、第一掺杂Ncf+的激光晶体14和第二掺杂N(T的激光晶体16分别吸收 侧面第一泵浦源15和侧面第二泵浦源17辐射的能量后，形成反转粒子数分布， NcT在能级4F3/2-4111/2和4F3/2-4113"之间分别跃迁，产生1. 0微米和1. 3微米波段 范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后 形成稳定的基频振荡光，其中由第一惨杂NcT的激光晶体14提供的1. 0微米波 段范围的基频光由第一平凹全反射端镜l，经第一声光调Q晶体12、第一掺杂 NcT的激光晶体14入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4将其分成两路 偏振光，其中一条光路是l.O微米波段范围的'S'偏振基频光经第一偏振分 束器4反'射、第二偏振分束器10透射、第四平面反射镜11反射及第三谐波反 射镜9透射后入射到第二倍频晶体20，经第二倍频晶体20倍频产生绿光，产 生的倍频绿光与未经转换的1.0微米'S，偏振基频光一同到达第三平面反射 端镜6， 'S'偏振基频光经反射再次通过第二倍频晶体20倍频后，剩余基频光 沿原路返回第一平凹全反射端镜1，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜9 反射后一同水平输出腔外；
2) 、由第二掺杂Nd3+的激光晶体16提供的1. 3微米波段范围的基频光由第 二平凹全反射端镜2反射，经第二声光调Q晶体13、第二掺杂NcP+的激光晶体 16入射到第一偏振分束器4，第一偏振分束器4也将其分成两路偏振光，其中 一条光路是1.3微米波段范围的'P'偏振基频光经第一偏振分束器4透射、第二偏振分束器10反射及第二谐波反射镜8透射后入射到第一倍频晶体19， 产生的倍频红光与未经转换的1. 3微米'P'偏振基频光一同到达第二平面反 射端镜5， ？'偏振基频光经反射再次通过第一倍频晶体19后，剩余基频光沿 原路返回第二平凹全反射端镜2，两次倍频产生的红光被第二谐波反射镜8反 射后一同水平输出腔外；
3)、另一路1.0微米波段范围的'P，偏振基频光经第一偏振分束器4透 射与另一路1.3微米波段范围的'S'偏振基频光经第一偏振分束器4反射后 一同经第一谐波反射镜7入射到和频晶体18，经和频作用，产生的和频黄光与 未经转换的1.0微米波段范围的'P'偏振基频光和1,3微米波段范围的'S， 偏振基频光一同到达第一平面反射端镜3，两波长基频光经反射再次通过和频 晶体18和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反射端镜1和第二平 凹全反射端镜2，两次和频产生的黄光被第一谐波反射镜7反射后水平输出腔 外。
实施例l
图1所示为LD侧面泵浦NcT:YAG同时输出660nm红光、532nm绿光、589nm 黄光三波长可见光激光装置。该装置第一平凹全反射端镜1分别与第一平面反 射端镜3和第三平面反射端镜6构成1064nm "P"偏振和"S"偏振谐振腔；第 二平凹全反射端镜2分别与第一平面反射端镜3和第二平面反射端镜5构成 1319nm "S"偏振和"P"偏振谐振腔。入射第一平凹全反射端镜1的水平光路 上依次设置有第一声光调Q晶体12、第一Nd:YAG激光晶体14、第一偏振分束 器4、第一谐波反射镜7、和频晶体18和第一平面反射端镜3;入射第二平凹 全反射端镜2的垂直光路上依次设置有第二声光调Q晶体13、第二 Nd: YAG激 光晶体16、第一偏振分束器4、第二偏振分束器10及第四平面反射镜11;与 第一偏振分束器4同一水平光路上依次设置有第二谐波反射镜8、第一倍频晶 体19和第二平面反射端镜5;与第四平面反射镜11同一水平光路上依次设置有第三谐波反射镜9、第二倍频晶体20和第三平面反射端镜6。 第一平凹全反射端镜1与第二平凹全反射端镜2均固定在二维调整架上，曲率 半径均选取为R=100cm，凹面分别镀有1064nm和1319nm高反膜(反射率均大于 99. 8%)，直径均为O=20mm。第一平面反射端镜3面向和频晶体18的一面镀有 对1064nm和1319nm高反(反射率大于99. 8%)和589nm高透(透过率大于99. 8%) 的三色膜，另一面镀589nm增透膜(透过率大于99. 8%);第二平面反射端镜5 的直径为O=20mm，面向第一倍频晶体19的一面镀有1319nm和660nm双色高 反膜(反射率均大于99.8%);第三平面反射端镜6的直径为O=20mra，面向第 二倍频晶体20 —面镀有1064nm和532nm双色高反膜(反射率均大于99. 8%)。
第一谐波反射镜7直径为O=20mm，靠近和频晶体18的一面镀有1064nm 和1319nm高透(透过率大于99.8。/。)和589nm高反(反射率大于99. 8%)的三 色膜，另一面镀有1064nm和1319nm高透(透过率大于99. 8%)的双色膜；第 二谐波反射镜8直径为O=20mm，靠近第一倍频晶体19的一面镀有1319nm高 透(透过率大于99.8%)和660nm高反(反射率大于99.8%)的双色膜，另一 面镀有镀有1319nm高透(透过率大于99.8%)膜；第三谐波反射镜9直径为 O=20mm，靠近第二倍频晶体20的一面镀有1064nm高透(透过率大于99.8%) 和532nm高反(反射率大于99. 8%)的双色膜，另一面镀有镀有1064nm高透(透 过率大于99.8%)膜。
第一偏振分束器4靠近第一 Nd:YAG激光晶体14的一面镀有1064nm 45° "P"偏振高透(透过率大于99. 8。/。)、"S"偏振高反(反射率大于99. 8%)、 1319nm 45。"P"偏振高透(透过率大于99. 8%)的三色膜，另一面镀有1064nm和1319nm 45° "P"偏振高透(透过率均大于99.8%)、 1319nm 45° "S"偏振高反(反射 率大于99. 8%)的三色膜；第二偏振分束器10靠近第一偏振分束器4的一面镀 有画nm 45° "S"偏振高透(透过率大于99.8%)、 1319nm 45。 "P"偏振高 反(反射率大于99.8%)的双色膜，另一面镀有1064nm45。 "S"偏振高透(透过率大于99. 8%)膜；第四平面反射镜11靠近第二偏振分束器10的一面镀有 1064nm 45° "S"偏振高反(反射率大于99.8%)膜。
第一偏振分束器4与水平正向夹角为45° ，第二偏振分束器10和第四平面 反射镜11平行放置于垂直光路上，均与水平正向成135。夹角，均与第一偏振 分束器4成90°放置。
第一 Nd:YAG激光晶体14和第二 Nd:YAG激光晶体16中NcT的掺杂浓度均 为1.0%，尺寸为①3xl0mm，第一 Nd:YAG激光晶体14两通光面均镀有1064nm 高透膜(透过率均大于99.8%)，第二 Nd:YAG激光晶体16的两通光面均镀有 1064nm和1319nm双色高透膜(透过率均大于99. 8%)。
和频晶体'18选用1I类临界相位匹配的KTP晶体(^78.9。 , "0。)，尺寸为 3x3x5mm3，两通光面均镀有1064nm、 1319nm和589nm三色增透膜(透过率均大 于99. 8%)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。
第一倍频晶体19选用I类非临界相位匹配的LBO晶体(^=85.9° ， ^=0° )，尺寸为3x3x5mm3，两通光面均镀有1319nm和660nm双色增透膜(透 过率均大于99. 8%)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。
第二倍频晶体2011类临界相位匹配的(^=90° ， -二23.8° )KTP晶体，尺 寸为3 mm x3mm x5mm，两通光面均镀有1064 nm和532nm双色增透膜(透过率 均大于99. 8%)，侧面均匀涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。
第一 Nd:YAG激光晶体14、第二 Nd3+:YAG激光晶体16与和频晶体KTP18 第一倍频晶体LB019第二倍频晶体KTP20均采用循环水冷却，冷却温度范围在 18 22°C。
第一声光调Q晶体12第二声光调Q晶体13受同一驱动源控制中心频率为 27 kHz,其调制频率在1 50 kHz可调。
第一Nd:YAG激光晶体14和第二Nd:YAG激光晶体16分别吸收第一侧面泵 浦源7和第二侧面泵浦源17辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+在能
级卞3/2-41萌和4F3/2-4113/2之间分别跃迁，产生1064rai和1319nm的受激荧光辐射， 其中由第一Nd:YAG激光晶体14提供的1064nm基频光由第一平凹全反射端镜 1，经第一声光调Q晶体12、第一Nd:YAG激光晶体14入射到第一偏振分束器 4，第一偏振分束器4将其分成两路偏振光，其中一条光路是1064nm 'S，偏振 基频光经第一偏振分束器4反射、第二偏振分束器10透射、第四平面反射镜 11反射及第三谐波反射镜9透射后入射到第二倍频晶体KTP20，经倍频，产生 的倍频绿光与未经转换的1064nm 'S'偏振基频光一同到达第三平面反射端镜 6，基频光经反射再次通过第二倍频晶体KTP20倍频后，剩余基频光沿原路返 回第一平凹全反射端镜1，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜9反射后一 同水平输出腔外；
由第二 Nd:YAG激光晶体16提供的1319nm基频光由第二平凹全反射端镜 2，经第二声光调Q晶体13、第二 Nd: YAG激光晶体16入射到第一偏振分束器 4，第一偏振分束器4也将其分成两路偏振光，其中一条光路是1319nm的'P' 偏振基频光经第一偏振分束器4透射、第二偏振分束器10反射及第二谐波反 射镜8透射后入射到第一倍频晶体LB019，产生的倍频红光与未经转换的 1319nm ;P，偏振基频光一同到达第二平面反射端镜5， <P，偏振基频光经反射 再次通过第一倍频晶体LB019后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜 2，两次倍频产生的红光被第二谐波反射镜8反射后一同水平输出腔外；
另一路1064nm的？'偏振基频光经第一偏振分束器4透射与另一路1319mn 的'S'偏振基频光经第一偏振分束器4反射后一同经第一谐波反射镜7入射 到和频晶体KTP18，经和频作用，产生的589nm黄光与未经转换的1064nm 'P' 偏振基频光和1319nm 'S'偏振基频光一同到达第一平面反射端镜3，两波长 基频光经反射再次通过和频晶体KYP18和频后，剩余基频光分别沿原路返回第 一平凹全反射端镜1和第二平凹全反射端镜2，两次和频产生的589nm黄光被 第一谐波反射镜7反射后水平输出腔外。
权利要求
1、一种红、黄、绿同时输出的固体激光装置，包括第一平凹全反射端镜(1)，其特征在于，入射第一平凹全反射端镜(1)的水平光路上依次置有第一声光调Q晶体(12)、第一掺杂Nd3+的激光晶体(14)及其侧面第一泵浦源(15)、第一偏振分束器(4)、第一谐波反射镜(7)、和频晶体(18)、第一平面反射端镜(3)；另一非水平光路上面向第一偏振分束器(4)的一面依次设置有第二平凹全反射端镜(2)、第二声光调Q晶体(13)、第二掺杂Nd3+的激光晶体(16)及其侧面第二泵浦源(17)，第一偏振分束器(4)的另一面下方分别设置有第二偏振分束器(10)和第四平面反射镜(11)，第一偏振分束器(10)的水平光路上依次设置有第二谐波反射镜(8)、第一倍频晶体(19)、第二平面反射端镜(5)；第四平面反射镜(11)的水平光路上依次设置有第三谐波反射镜(9)、第二倍频晶体(20)、第三平面反射端镜(6)。
2、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第一偏振分束器(4)靠近第一掺杂N(T的激光晶体(14)的一面镀 有1.0微米波段范围基频光？'偏振增透膜，和l.O微米波段范围基频光(S' 偏振高反及1.3微米波段范围基频光'P'偏振高透的三色膜，靠近第二掺杂 配3+的激光晶体(16)的一面镀有1.0微米波段范围基频光偏振增透膜， 1.3微米波段范围基频光'S'偏振高反及1.3微米波段范围基频光'P'偏振 高透的三色膜，其倾斜角度与水平正向夹角为130 ° 140°。
3、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第二偏振分束器(10)为宽带偏振分光棱镜，宽带偏振分光棱镜对 0. 9微米波段到1. 3微米波段范围基频光实现'S'偏振透射和'P，偏振反射， 或是镀有偏振膜的平面镜，靠近第一偏振分束器(4)的一面镀有1.0微米波 段范围基频光偏振高透及1.3微米波段范围基频光'P'偏振高反的双色 膜，另一面镀有l.O微米波段范围基频光'S'偏振高透膜；第四平面反射镜(11)靠近第二倍频晶体(20)的一面镀有1.0微米波段范围基频光'S'偏 振高反膜。
4、根据权利要求l所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征在 于，所述第一平凹全反射端镜(1)面向第一声光调Q晶体(12)的一面镀有 l.O微米波段基频光全反膜；第二平凹全反射端镜(2)面向第二声光调Q晶体 (13)的一面镀有1.3微米波段基频光全反膜；第一平面反射端镜(3)面向和 频晶体(18)的一面镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光的全反双色膜及0. 5 微米波段范围和频光的增透膜，另一面镀有O. 5微米波段范围和频光的增透膜； 第二平面反射端镜(5)面向第一倍频晶体(19)的一面镀有1.3微米波段范 围基频光'P'偏振高反和0.6微米波段范围倍频光的增透的双色膜；第三平 面反射端镜(6)面向第二倍频晶体(20)的一面镀有1.0微米波段范围基频 光'S'偏振高反和0.5微米波段范围倍频光的增透的双色膜。
5、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第一平凹全反射端镜(1)和第二平凹全反射端镜(2)的曲率半径 选取范围为800~1200mm。
6、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第一谐波反射镜(7)两面均镀有1. 0和1. 3微米波段范围基频光 的增透膜，其中面向和频晶体(18)的一面还镀有0.5微米波段范围和频黄光 的高反膜；第二谐波反射镜(8)两面均镀有1.3微米波段范围基频光的增透 膜，其中面向第一倍频晶体(19)的一面还镀有0.6微米波段范围倍频红光的 高反膜；第三谐波反射镜(9)两面均镀有1.0微米波段范围基频光的增透膜， 其中面向第二倍频晶体(20)的一面还镀有0.5微米波段范围倍频绿光的高反 膜。
7、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述和频晶体(18)、第一倍频晶体(19)和第二倍频晶体(20)为三硼酸锂LB0、 0-偏硼酸钡BB0、磷酸钛氧钾KTP或其它非线性光学晶体中的同 一种、不同的两种或三种晶体。
8、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第一掺杂Nd"的激光晶体(14)和第二掺杂Nd"的激光晶体(16) 为掺钕钇铝石榴石Ncf+:YAG、掺钕钒酸钇Nd3+:YV04、掺钕铝酸钇Nd3+:YAP、惨 钕氟化钇锂Nd3+: YLF激光晶体中的同 一种或其中的两种晶体。
9、 根据权利要求1所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述第一声光调Q晶体(12)和第二声光调Q晶体(13)受同一驱动源 控制。
10、 根据权利要求l所述的红、黄、绿同时输出的固体激光装置，其特征 在于，所述侧面第一泵浦源(15)和侧面第二泵浦源(17)为激光二极管泵浦 源或是氙灯泵浦源。
11、 一种权利要求1激光装置的激光产生方法，按下述步骤进行1)、第一掺杂NcT的激光晶体(14)和第二掺杂NcT的激光晶体(16)分 别吸收侧面第一泵浦源(15)和侧面第二泵浦源(17)辐射的能量后，形成反 转粒子数分布，NcT在能级卞3/2-4111/2和4F3/2-4113/2之间分别跃迁，产生1. 0微米 和1.3微米波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振 腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由第一掺杂NcT的激光晶体(14) 提供的1.0微米波段范围的基频光由第一平凹全反射端镜(1)，经第一声光调 Q晶体(12)、第一掺杂Nd3+的激光晶体(14)入射到第一偏振分束器(4)，第 一偏振分束器(4)将其分成两路偏振光，其中一条光路是1.0微米波段范围 的'S'偏振基频光经第一偏振分束器(4)反射、第二偏振分束器(10)透射、 第四平面反射镜(11)反射及第三谐波反射镜(9)透射后入射到第二倍频晶 体(20)，经第二倍频晶体(20)倍频产生绿光，产生的倍频绿光与未经转换 的l.O微米'S'，偏振基频光一同到达第三平面反射端镜(6)， 'S，偏振基频光经反射再次通过第二倍频晶体(20)倍频后，剩余基频光沿原路返回第一平 凹全反射端镜(1)，两次倍频产生的绿光被第三谐波反射镜(9)反射后一同 水平输出腔外；2) 、由第二掺杂配3+的激光晶体(16)提供的1.3微米波段范围的基频光 由第二平凹全反射端镜(2)反射，经第二声光调Q晶体(13)、第二掺杂NcT 的激光晶体(16)入射到第一偏振分束器(4)，第一偏振分束器(4)也将其 分成两路偏振光，其中一条光路是1.3微米波段范围的偏振基频光经第 一偏振分束器(4)透射、第二偏振分束器(10)反射及第二谐波反射镜(8) 透射后入射到第一倍频晶体(19)，产生的倍频红光与未经转换的L3微米(P' 偏振基频光一同到达第二平面反射端镜(5)， 'P'偏振基频光经反射再次通过 第一倍频晶体(19)后，剩余基频光沿原路返回第二平凹全反射端镜(2)，两 次倍频产生的红光被第二谐波反射镜(8)反射后一同水平输出腔外；3) 、另一路1.0微米波段范围的'P'偏振基频光经第一偏振分束器(4) 透射与另一路1.3微米波段范围的^S，偏振基频光经第一偏振分束器(4)反 射后一同经第一谐波反射镜(7)入射到和频晶体(18)，经和频作用，产生的 和频黄光与未经转换的1. 0微米波段范围的？'偏振基频光和1. 3微米波段 范围的'S'偏振基频光一同到达第一平面反射端镜(3)，两波长基频光经反 射再次通过和频晶体(18)和频后，剩余基频光分别沿原路返回第一平凹全反 射端镜(1)和第二平凹全反射端镜(2)，两次和频产生的黄光被第一谐波反 射镜(7)反射后水平输出腔外。
全文摘要
本发明公开了全固态红、黄、绿三波长同时输出的固体激光装置及其激光产生方法，以掺杂Nd³⁺的激光晶体作为工作物质，利用偏振分束器将1.3微米和1.0微米波段范围的激光分别分成“S”偏振和“P”偏振光，不同波长不同偏振方向基频光在各自相对独立的谐振腔内分别形成振荡，同时与非线性光学频率变换技术及声光调Q技术相结合，实现了红、绿、黄三波长准连续激光同时输出。本发明操作方便灵活，充分利用了基频光的能量，具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全等优点，广泛用于激光医学、激光彩色显示、大气监测、科学实验、天文、国防及科学研究领域。
文档编号H01S3/16GK101345388SQ20081015053
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者任兆玉, 白晋涛, 陈秀艳 申请人:西北大学