专利名称：激光二极管泵浦的全固态2μm单频激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及全固态激光器，特别是一种激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光
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背景技术：
2μπι波段的全固态激光器由于许多潜在用途正受到人们越来越多的重视。这些应用领域包括激光测高测距、相干多普勒测风激光雷达、CO2和H2O的差分吸收激光雷达 (DIAL)以及用于医学领域。另外，高效、单频的2-μπι激光器也是中红外波段光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。在2μπι激光增益介质中，Tm，Ho共掺的激光介质具有明显的优势，它具有相当大的激光发射截面，并且能被二极管激光器有效泵浦。在这类介质中，Tm离子吸收泵浦光跃迁到3H4，接着通过交叉弛豫过程以接近于2的量子效率跃迁到3F4，在将能量传递给Ho离子，将其从基态％泵浦到5Ι7，2-μπι激光辐射由％ —%跃迁实现。在该类晶体中，Tm, HoiLULF晶体已被证明具有较优异的激光性能，但其机械性质与热学性质远差于YAG晶体， 因此采用当下普遍的单块非平面环形腔(NPRO)技术来实现基于Tm，Ho:LuLF晶体的单频激光器，在晶体加工技术和其后的热管理上存在难度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述难题，提供一种激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光器，该激光器具有结构紧凑、体积小、寿命长、工作稳定的特点，可用作中红外固态激光器注入种子源和相干激光雷达系统本地振荡器。本发明的技术解决方案如下一种激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光器，特点在于其构成是包括激光二极管，沿该激光二极管输出的泵浦光方向依次安装在L形殷钢座上的泵浦光耦合镜筒和激光谐振腔模块所述的泵浦光耦合镜筒包括接口和筒内的两块非球面镜，该泵浦光耦合镜筒安装在所述的L形殷钢座的立臂上；所述的激光谐振腔模块的构成在所述的L形殷钢座的平面(404)上靠近立臂设置一个方形殷钢盒体，在该殷钢盒体的后端连接第二活动殷钢块，在该殷钢盒体内沿所述的泵浦光的输入方向同光轴地依次设置的平面腔镜、激光晶体、第一法布里-珀罗标准具、 第二法布里-珀罗标准具和平凹输出腔镜构成激光谐振腔，所述的平面腔镜直接粘接在殷钢盒体的前端面上，所述的激光晶体置于紫铜热沉上；在所述的殷钢盒体之外，在所述的L形殷钢座的平面上设置绝热罩，该绝热罩上与所述的平凹输出腔镜相对应的位置具有激光输出口 ；所述的激光谐振腔模块和所述的L形殷钢座的温度由温度控制组件来控制；所述的激光二极管是带尾纤插头的激光二极管，将激光二极管的尾纤插头插入所述的泵浦光耦合镜筒的接口中，即完成泵浦光的连接。所述的激光晶体为铥钬共掺氟化镥锂。所述的第二活动殷钢块与所述的殷钢盒体的后端之间通过第二螺钉和弹簧垫片组成的第二微调机构连接。所述的L形殷钢座的立臂上还有0形橡胶圈和第一活动殷钢块，所述的第一活动殷钢块在所述的L形殷钢座的立臂的横向平动调节由弹簧与顶丝来实现；所述的第一活动殷钢块与所述的L形殷钢座的立臂的连接由四个螺钉完成。所述的温度控制组件包含对所述的谐振腔模块进行温控的第一热敏电阻和第一热电制冷器、对所述的L形殷钢座进行温控的第二热敏电阻和第二热电制冷器、粘贴在L形座外围的绝热泡沫塑料、罩在殷钢盒体外的隔热罩和带有槽型散热片结构的铝质激光器外
tJXi O所述的泵浦耦合镜筒的圆盘翼上均勻分布有六根第一螺钉构成三顶三拉的第一螺钉微调机构，以实现对耦合镜筒的纵向位置调节和角度调节。所述的泵浦光耦合系统是带光纤调节机制的非球面耦合镜筒。所述的谐振腔模块具有方形殷钢外壁，内部嵌有冷却激光晶体Tm，HoiLuLF的紫铜热沉和两片FP标准具。激光谐振腔由粘接在殷钢外壁一端的平面反射镜和粘接在另一块活动殷钢块(简称为动块)上的平凹镜构成。所述的L形殷钢座由0形橡胶圈、第一活动殷钢块和不动的L形座组成。本发明具有以下优点1、采用Tm，HckLULF晶体作为激光晶体，其荧光谱较宽，能提供2 μ m波段具有众多用途的激光辐射。2、采用792nm波长带尾纤输出的激光二极管作泵浦源，结构紧凑，工作稳定。3、谐振腔的镜片、晶体热沉、用于实现单频输出的FP标准具座都集成在一个方形的殷钢盒体内，这种模块化的设计使得激光器的体积大大缩小，并且增加了它的稳定性。4、带有调节机制的L形座由殷钢材料制成，作为泵浦耦合镜组和谐振腔模块的载体，它保证了后面两者的机械稳定性。同时，L座立臂上的机械调节构件使得耦合镜筒的调节变得灵活方便。5、多方位的温度控制方案，可以实现对谐振腔模块较高精度的温度控制，从而保证激光输出具有较高的频谱纯度。
图1为本发明激光二极管泵浦的全固态2μπι单频激光器的正视图。图2为图1的AA剖面图。图3为本发明的左视图。图4为本发明的俯视图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1-图4。图1为本发明激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光器的正视图，图2为图1的 AA剖面图。由图可见，本发明激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光器，其构成包括激光二极管1，沿该激光二极管1输出的泵浦光方向依次安装在L形殷钢座4上的泵浦光耦合镜筒2和激光谐振腔模块3 所述的泵浦光耦合镜筒2包括接口(201)和筒内的两块非球面镜202. 1和202. 2， 该泵浦光耦合镜筒2安装在所述的L形殷钢座4的立臂403上；所述的激光谐振腔模块3的构成在所述的L形殷钢座4的平面404上靠近立臂 403设置一个方形殷钢盒体301，在该殷钢盒体301的后端连接第二活动殷钢块307，在该殷钢盒体301内沿所述的泵浦光的输入方向同光轴地依次设置的平面腔镜306、激光晶体 302、第一法布里-珀罗标准具304、第二法布里-珀罗标准具305和平凹输出腔镜308构成激光谐振腔，所述的平面腔镜306直接粘接在殷钢盒体301的前端面上，所述的激光晶体 302置于紫铜热沉303上；在所述的殷钢盒体301之外，在所述的L形殷钢座4的平面404上设置绝热罩506， 该绝热罩506上与所述的平凹输出腔镜308相对应的位置具有激光输出口 ；所述的激光谐振腔模块3和所述的L形殷钢座4的温度由温度控制组件5来控制；所述的激光二极管1是带尾纤插头102的激光二极管101，将激光二极管1的尾纤插头102插入所述的泵浦光耦合镜筒2的接口 201中，即完成泵浦光的连接。所述的激光晶体302为铥钬共掺氟化镥锂。所述的第二活动殷钢块307与所述的殷钢盒体301的后端之间通过第二螺钉309 和弹簧垫片310组成的第二微调机构连接。所述的L形殷钢座4的立臂403上还有0形橡胶圈401和第一活动殷钢块402，所述的第一活动殷钢块402在所述的L形殷钢座4的立臂403的横向平动调节由弹簧405与顶丝406来实现；所述的第一活动殷钢块402与所述的L形殷钢座4的立臂403的连接由四个螺钉407完成。所述的温度控制组件5包含对所述的谐振腔模块3进行温控的第一热敏电阻501 和第一热电制冷器502、对所述的L形殷钢座4进行温控的第二热敏电阻503和第二热电制冷器504、粘贴在L形座4外围的绝热泡沫塑料505、罩在殷钢盒体301外的隔热罩506和带有槽型散热片结构的铝质激光器外壳507。所述的泵浦耦合镜筒2的圆盘翼203上均勻分布有六根第一螺钉204. 1-204. 6构成三顶三拉的第一螺钉微调机构，以实现对耦合镜筒2的纵向位置调节和角度调节。泵浦采用的是带尾纤输出的激光二极管1，其光纤接头102可直接连接在耦合镜筒2的接口 201上。本发明的内部构造参见剖面2。耦合镜筒2包括接口 201和筒内的两片非球面镜202. 1和202. 2，激光二极管1输出的泵浦光在耦合镜筒2中先后经过两片非球面镜 202. 1和202. 2，然后被聚焦到谐振腔模块3中的 ιι，Ho:LuLF晶体302上。一片对792nm 泵浦光高透、对2 μ m激光高反的平面腔镜306直接粘接在殷钢盒体301的前端面上。盒体内镶嵌了激光晶体302的紫铜热沉303，另有一薄一厚两片可以旋转角度的第一 FP标准具304、第二 FP标准具305，谐振腔的另一片平凹输出腔镜308粘接在第二活动殷钢块307 上。活动殷钢块307与盒体301的连接由4根螺钉309来完成。设螺钉309的外径为D1， 与之相配的活动殷钢块307上的通孔的孔径为D2，则采用螺钉固定方式的活动殷钢块307 具有(D2-D1)的横向调节范围。螺钉309在盒体301与殷钢块307连接的部位套有弹簧垫片310，通过调节不同螺钉的扭矩就能改变第二活动殷钢块307的俯仰角，从而对输出镜 308进行角度调节。当输出镜308的横向位置和角度都通过螺钉309. 1_4调好后，用低热膨胀系数的环氧胶对弹簧垫片进行粘接锁定。L形座4对泵浦耦合镜筒2的机械调节机制如图3所示。泵浦耦合镜筒2的圆盘翼203上均勻分布的六根螺钉204. 1-204. 6构成第一螺钉微调机构。其中三个螺钉204. 1、 204. 3,204. 5的螺孔位于第一活动殷钢块402上，旋紧这三根螺钉可使耦合镜筒2向激光晶体方向移动。另外三根螺钉204. 2,204. 4,204. 6的螺孔位于耦合镜筒的圆盘翼203上，旋紧这三根螺钉可使耦合镜筒2向背离激光晶体的方向移动。通过六根螺钉204. 1-204. 6三顶三拉的机制可实现对耦合镜筒2的纵向位置调节和角度调节。L形座4的立臂403与第一活动殷钢块402的连接由四根螺钉407. 1-407. 4完成。 设螺钉407的外径为D3，第一活动殷钢块402上相应的通孔的孔径为D4，则采用螺钉固定方式的第一活动殷钢块402具有(D4-D3)的横向调节范围。L形座4的立臂403上垂直和水平方向分别装有两对弹簧405. 1,405. 2和顶丝 406. 1,406. 2。通过弹簧和顶丝实现对第一活动殷钢块402水平和垂直两方向上的平动调节。图1中的第一热敏电阻501和第一热电制冷器502对谐振腔模块3进行温控。第一热电制冷器502通过导热环氧胶与谐振腔模块3和L座4粘接在一起。第二热敏电阻 503和第二热电制冷器504对L形座4进行温控。利用螺钉408将L形座4和热电制冷器 504固定在铝制外壳基板507上。在L形座立臂403的侧面粘贴有绝热泡沫塑料505。在谐振腔模块3外罩有绝热罩506，如图4所示。下面是本发明具体实施的参数泵浦采用792nm连续运转的激光二极管，最大输出功率为3W。两片非球面镜构成一个泵浦耦合系统。一块规格为2. 5mmX 2. 5mmX 3mm的Tm，Ho LuLF晶体，其掺杂浓度为Tm 5%,Ho 0.5%，放置在谐振腔模块内的热沉上。谐振腔由一个平面镜和曲率半径为50mm的平凹镜组成，腔长为30mm。两片FP标准具一片厚度为0. 3mm，一片厚度为1mm。实验表明，本发明具有结构紧凑、体积小、寿命长、工作稳定的特点。本发明可用作中红外固态激光器注入种子源和相干激光雷达系统本地振荡器。
权利要求
1.一种激光二极管泵浦的全固态2 μ m单频激光器，特征在于其构成是包括激光二极管(1)，沿该激光二极管(1)输出的泵浦光方向依次安装在L形殷钢座(4)上的泵浦光耦合镜筒( 和激光谐振腔模块(3)所述的泵浦光耦合镜筒( 包括接口(201)和筒内的两块非球面镜(202. 1和202. 2)， 该泵浦光耦合镜筒(2)安装在所述的L形殷钢座(4)的立臂(403)上；所述的激光谐振腔模块(3)的构成在所述的L形殷铡座(4)的平面(404)上靠近立臂(403)设置一个方形殷钢盒体(301)，在该殷钢盒体(301)的后端连接第二活动殷钢块 (307)，在该殷钢盒体(301)内沿所述的泵浦光的输入方向同光轴地依次设置的平面腔镜(306)、激光晶体(302)、第一法布里-珀罗标准具(304)、第二法布里-珀罗标准具(305) 和平凹输出腔镜(308)构成激光谐振腔，所述的平面腔镜(306)直接粘接在殷钢盒体(301) 的前端面上，所述的激光晶体(30 置于紫铜热沉(30 上；在所述的殷钢盒体(301)之外，在所述的L形殷钢座的平面(404)上设置绝热罩 (506)，该绝热罩(506)上与所述的平凹输出腔镜(308)相对应的位置具有激光输出口 ； 所述的激光谐振腔模块⑶和所述的L形殷钢座(4)的温度由温度控制组件(5)来控制；所述的激光二极管(1)是带尾纤插头(10 的激光二极管(101)，将激光二极管(1)的尾纤插头(10 插入所述的泵浦光耦合镜筒O)的接口(201)中，即完成泵浦光的连接。
2.根据权利要求1所述的全固态2μ m单频激光器，其特征在于所述的激光晶体(302) 为铥钬共掺氟化镥锂。
3.根据权利要求1所述的全固态2μ m单频激光器，其特征在于所述的第二活动殷钢块(307)与所述的殷钢盒体(301)的后端之间通过第二螺钉(309)和弹簧垫片(310)组成的第二微调机构连接。
4.根据权利要求1所述的全固态2μ m单频激光器，其特征在于所述的L形殷钢座(4) 的立臂(40 上还有0形橡胶圈(401)和第一活动殷钢块002)，所述的第一活动殷钢块 (402)在所述的L形殷钢座(4)的立臂003)的横向平动调节由弹簧005)与顶丝(406) 来实现；所述的第一活动殷钢块G02)与所述的L形殷钢座的立臂003)的连接由四个螺钉(407)完成。
5.根据权利要求1所述的全固态2μ m单频激光器，其特征在于所述的温度控制组件( 包含对所述的谐振腔模块C3)进行温控的第一热敏电阻(501)和第一热电制冷器 (502)、对所述的L形殷钢座(4)进行温控的第二热敏电阻(50 和第二热电制冷器(504)、 粘贴在L形座(4)外围的绝热泡沫塑料(505)、罩在殷钢盒体(301)外的隔热罩(506)和带有槽型散热片结构的铝质激光器外壳(507)。
6.根据权利要求1所述的全固态2μ m单频激光器，其特征在于所述的泵浦耦合镜筒 (2)的圆盘翼(203)上均勻分布有六根第一螺钉(204. 1-204.6)构成三顶三拉的第一螺钉微调机构，以实现对耦合镜筒O)的纵向位置调节和角度调节。
全文摘要
一种激光二极管泵浦的全固态2μm单频激光器，特点在于其构成包括带尾纤输出的激光二极管、带光纤调节机制的非球面耦合镜筒、装嵌有激光晶体热沉和标准具座的殷钢谐振腔模块、为谐振腔模块和耦合镜筒提供支撑的L形殷钢座、隔热罩等。本发明具有结构紧凑、体积小、寿命长、工作稳定的特点。可用作中红外固态激光器注入种子源和相干激光雷达系统本地振荡器。
文档编号H01S3/16GK102227045SQ20111012344
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘荣涛, 舒仕江, 陈卫标 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所