专利名称：端面泵浦双波长同轴切换输出调q基频、倍频激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域，特别是一种激光二极管端面泵浦双波长同轴切换输出
调Q基频、倍频激光器。
背景技术：
目前市场上大部分的端泵激光器都是单一波长输出方式。这种方式结构紧凑，光 束质量较好，效率较高；基于端泵技术的倍频激光大多采用腔内倍频方式，可以利用腔内的 高功率密度获得较大的倍频激光输出，但是这种方式容易遇到纵模竞争导致的稳定性较差 问题。为了满足对不同材料选择性的加工，通常需要不同波长的激光器。尤其是需要基频 激光和倍频激光交替加工时，不得不使用两台激光器交替使用。系统复杂性较高，不仅增加 了成本，还增加了工序。利用激光晶体自身的光谱特性制成的双波长激光器，可以获得两种 基频激光波长输出，但不能获得倍频激光输出，且不能以交替切换方式输出两种波长的激 光。少数大能量双波长或多波长激光器，利用腔外倍频、和频方式产生两种或多种波长激光 的输出，但一般是不同波长的输出路径不同，并且各种波长是同时产生的，利用率较低。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述现有技术中所存在的诸如稳定性较差、效率不足
和光束不同轴等问题而提供一种端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器。该
激光器结构灵活简单，不受激光谐振腔设计结构的约束，采用聚焦倍频方式弥补了腔外倍 频功率密度低于腔内倍频方式的缺点，可自由选择基频光在非线性倍频晶体上的聚焦束腰 尺寸，以获得最佳的倍频转换效率。以基频激光偏振方向的方式控制倍频过程是否发生，不 改变光束传播路径，不同波长以同轴方式传播，光束参数一致。 本发明的目的是通过以下方案实现的利用脉冲输出的线偏振基频激光通过聚焦 透镜聚焦后可以获得更小的激光束腰尺寸，从而大大增加激光功率密度。通光透镜聚焦后 的基频光束腰位置与倍频晶体的入射端面重合，从而获得最佳的倍频转换效率。以偏振旋 转器改变基频激光的偏振方向，控制倍频过程是否发生，配合谐波分离镜，切换基频激光和 倍频激光的交替输出。 —种端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，它包括激光源(1)、 偏振旋转器(3)、聚焦透镜(6)、倍频晶体(7)、准直透镜(8)、小孔光阑(11)、谐波分离镜 (12)、转向镜(4、5、9、10)，其特征是，激光源(1)输出的激光束(2)为线偏振调Q脉冲激光， 转向镜(4、5、9、10)、偏振旋转器(3)、聚焦镜(6)、倍频晶体(7)、准直透镜(8)、小孔光阑 (11)、谐波分离镜(12)放置在谐振腔外；由激光源(1)产生的线性偏振脉冲激光(2)经过 转向镜(4、5)调整入射方向，通过设置在谐振腔外一定位置的聚焦透镜(6)聚焦到非线性 倍频晶体(7)的入射端面并产生倍频绿光激光(13)和剩余的基频激光(2)再经过准直透 镜(8)准直，然后经过转向镜(9、10)调整出射方向；谐波分离镜(12)反射剩余的基频激光 (2)并透过倍频激光(13);小孔光阑(11)吸收被反射的剩余基频激光，避免反射光损伤其
3他元件；偏振旋转器(3)控制基频激光(2)的偏振方向，插入偏振旋转器(3)后，基频激光 (2)的偏振方向绕光束传播方向旋转45度或90度。 本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其偏振旋转 器为1/4波片、或1/2波片、或45度石英旋光晶体、或90度石英旋光晶体。
本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器的激光光源 (1)为线性偏振的脉冲激光。 本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其偏振旋转 器(3)插入倍频晶体(7)之前的光路中，线偏振基频光(2)的偏振方向旋转45度或90度， 倍频过程不发生；或偏振旋转器(3)不插入倍频晶体(7)之前的光路中，倍频过程不发生
根据非线性光学原理，不同波长、不同偏振方向以及不同入射方向的激光在非线 性晶体内部传播时的折射率不同。对于倍频过程，只有当基频激光(2)和倍频激光(13)在 非线性晶体(7)内部传播时的折射率相等时，即满足相位匹配条件时，倍频过程才能发生。
对满足相位匹配条件的倍频过程，分为I类相位匹配和II类相位匹配。当采用I 类相位匹配时，线偏振基频光(2)的偏振方向旋转90度，倍频过程发生或不发生；当采用 II类相位匹配时，线偏振基频光(2)的偏振方向旋转45度，倍频过程发生或不发生。
本发明所述的非线性倍频晶体(7)为磷酸二氢钾(KDP)、或三硼酸锂(LBO)、或磷 酸氧钛钾(KTP)或偏硼酸钡(BBO)非线性光学晶体。 本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其转向镜(4、
5、9、10)可以不使用或只使用其中的若干片，放置的方式和转向角度可以变化。 本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其切换输出
的基频激光和倍频激光具有同轴输出特性。 本发明适于激光打标、激光刻线、激光划片、其他激光的泵浦源、激光医疗和科研 等领域的应用。
图1 :端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器结构示意图；
图2 :非线性晶体倍频原理示意图；
图3 :偏振旋转器工作原理示意图； 图2中，7为非线性倍频晶体，2为线性偏振的基频激光，13为线性偏振的倍频激 光。线性偏振的基频激光2和倍频激光13只有在满足非线性光学相位匹配条件时，非线性 倍频过程才能发生。根据非线性光学原理，不同波长、不同偏振方向以及不同入射方向的激 光在非线性晶体内部传播时的折射率不同。对于倍频过程，只有当基频激光2和倍频激光 13在非线性晶体7内部传播时的折射率相等时，倍频过程才能发生。 图3中，3为偏振旋转器，可为波片或者石英旋光晶体，线性偏振基频激光2通过偏 振旋转器后，偏振方向发生变化，绕传播方向旋转一定角度——45度或90度。基频激光2 的偏振方向改变之后，不再满足(或刚好满足)非线性相位匹配条件，倍频过程不发生(或 发生)。
具体实施例方式
本发明所涉及的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其技术方案结合附图1、2和3详细叙述如下 本发明的基频激光源1脉冲输出的线偏振基频激光2 ;脉冲输出的基频激光2经过转向镜4和5(均镀基频光高反膜)改变传播方向；脉冲输出的基频激光2由放置在谐振腔外一定位置的聚焦透镜6 (镀基频光增透膜)聚焦到非线性倍频晶体7 (LB0，双面均镀基频光和倍频光增透膜)的入射端面上，并在晶体7内部形成非线性频率变换过程；由倍频晶体7产生的倍频激光13和剩余的基频光2经过透镜8 (双面均镀基频光和倍频光增透膜)准直后，再由转向镜9和IO(均镀基频光和倍频光高反膜)改变传播方向，并通过小孔光阑11 ;谐波分离镜12(镀0度倍频光增透膜和基频光高反膜)输出倍频激光并反射基频激光；当在光路中插入偏振旋转器3 (双面镀基频光增透膜)时，基频激光的偏振方向旋转45度或90度，倍频过程或不发生，在光路上移出谐波分离镜12，只有基频激光输出。
具体设计实例如下按照图1在光路上放置激光器各部分器件，包括线偏振脉冲基频激光源1，偏振旋转器3，聚焦透镜6，倍频晶体7，准直透镜8，小孔光阑11，谐波分离镜12和转向镜4、5、9、10。输出功率稳定的准连续激脉冲基频激光2经过转向镜4和5改变传输路径并起到增加光程的作用，在距离光源1的输出端实际光学路径长度约为300mm处放置焦距为50mm的聚焦透镜6，将基频激光2聚焦变换为束腰直径约为0. lmm聚焦光束，束腰位置在长度为10mm的非线性倍频晶体7的入射端面处。产生的倍频激光与基频激光的偏振方向相互垂直——如图2所示；当在光路中插入偏振旋转器3后，基频激光的偏振方向绕传播方向旋转90度——如图3所示，倍频过程发生或不发生。谐波分离镜12放置在光路中时，只输出倍频激光，剩余的基频激光被反射并被小孔光阑11吸收；当在光路中去掉谐波分离镜12时，只输出基频激光，无倍频过程发生。
权利要求
一种端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，它包括激光源(1)、偏振旋转器(3)、聚焦透镜(6)、倍频晶体(7)、准直透镜(8)、小孔光阑(11)、谐波分离镜(12)、转向镜(4、5、9、10)，其特征是，激光源(1)输出的激光束(2)为线偏振调Q脉冲激光，转向镜(4、5、9、10)、偏振旋转器(3)、聚焦镜(6)、倍频晶体(7)、准直透镜(8)、小孔光阑(11)、谐波分离镜(12)放置在谐振腔外；由激光源(1)产生的线性偏振调Q脉冲激光(2)经过转向镜(4、5)调整入射方向，通过设置在谐振腔外的聚焦透镜(6)聚焦到非线性倍频晶体(7)的入射端面并产生倍频绿光激光(13)和剩余的基频激光(2)再经过准直透镜(8)准直，然后经过转向镜(9、10)调整出射方向；谐波分离镜(12)反射剩余的基频激光(2)并透过倍频激光(13)；小孔光阑(11)吸收被反射的剩余基频激光；插入偏振旋转器(3)后，基频激光(2)的偏振方向绕光束传播方向旋转45度或90度。
2. 根据权利要求1所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其特 征是，放置在腔外的偏振旋转器(3)为1/4波片、或l/2波片、或45度石英旋光晶体、或90 度石英旋光晶体。
3. 根据权利要求1或2所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，其 特征是，非线性倍频晶体(7)为磷酸二氢钾、或三硼酸锂、或磷酸氧钛钾或偏硼酸钡非线性 光学晶体。
全文摘要
本发明涉及一种端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，包括线偏振调Q激光源、转向镜、聚焦镜、非线性倍频晶体、准直镜、谐波分离镜、偏振旋转器以及小孔光阑。通过调Q方式产生线性偏振、高峰值功率准连续基频红外光输出，然后输出的基频光经过透镜聚焦到放置在腔外的非线性倍频晶体上并产生细小的光斑和高的基频光功率密度，在倍频晶体后得到绿光输出。当在光路中插入(或移出)偏振旋转器并移出(或插入)谐波分离镜之后，基频红外光的偏振方向旋转90度，倍频过程不发生，激光器切换为基频红外光输出。两种切换输出的激光束具有同轴传输特性，并通过相同的聚焦系统之后具有较为一致的聚焦参数。本发明可保证两种波长在切换输出时，系统效率最大化，广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。
文档编号H01S3/101GK101777724SQ20091027339
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者刘良清, 王 锋 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司