专利名称：腔内倍频固体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及固体激光器，特别是一种腔内倍频固体激光器，该激光器具有高偏振耦合效率、多纵模抑制能力强、单频稳定运转、输出功率稳定、高质量光束和长寿命的特点。
背景技术：
由于激光波长愈短，光子能量愈高，激光线宽愈窄的特点，在光学精密加工、精密测量领域应用广泛。在测距、遥感、三维测量、材料打标、高密度印刷电路板(PCB)加工、集成电路修复、环境监测、生化荧光光谱分析、激光拉曼散射、环境污染监测、DNA分析等领域，应用广泛，优势巨大。为了获得短波长激光，腔外倍频方式是利用倍频晶体、合频晶体以及晶体表面镀膜获得激光输出。请参见:US6115402、US5835513、US5742626、US5144630、CN130311、CN1058740、CN1288275及CN021345775等专利。腔外倍频技术，因温度梯度导致的位相失配、损耗、功率起伏等方面均会削弱倍频效果。腔内倍频方式能够提高基频功率利用率，请参见US6241720、US6229859、US6002695、US5278852、US5943351、CN2351897、CN1285636、CN5898717 等专利。或者使用投射式耦合腔结构，或者使用45°角折叠腔结构，或者采用腔内棱镜色散结构，或者是基频叠加多程二倍频光结构。
上述倍频激光结构和方法存在下列问题第一，为提高光束质量一般选择插入布儒斯特片。但其插入损耗和像散使倍频效率明显降低，虽然布儒斯特片透过率的理论值趋于零，但其反射率仅10%左右(对BK7玻璃)，造成偏振耦合效率降低及偏振反射损耗升高，抑制多纵模的能力有限，因此单频运转的稳定性较差。第二，为了提高基频及倍频光的利用效率，腔内光学晶体均需镀膜。镀膜层的材料成份一般是金属及金属化合物膜层，以及溶胶凝胶减反射膜层等。膜层对基频、二倍频及三倍频光子的吸收，产生吸收损耗及倍频损耗，其他还包括膜层材料缺陷造成的损耗。特别是三倍频分离膜，其光学性能和抗激光损伤阈值直接影响整个系统的稳定性。光波和膜层反射光波叠加形成驻波场分布，一方面随着辐照强度增高而增大，另一方面随着波长减短到紫外波段，材料的本征吸收越来越大，容易造成倍频晶体及增透膜层的强吸收损伤进而达到阈值损伤，膜层不能继续使用，造成激光器输出功率严重降低，必须更换倍频晶体。上述激光器的设计以追求绝对功率输出为目标，结构复杂可靠性低，虽然短时间内提高了激光器功率输出；但是，达不到工程使用中要求最重要的长期稳定性工作需要，严重影响激光器在工程技术中的长期稳定性使用要求。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种腔内倍频固体激光器，该激光器具有高偏振耦合效率、多纵模抑制能力强、单频稳定运转、高质量光束输出的特点。本实用新型的技术解决方案如下一种腔内倍频固体激光器，包括泵浦光源、耦合装置、NdiYAG晶体、Q开关、二倍频晶体、三倍频晶体、第二全反射镜，其特点在于，所述的泵浦光源是输出808纳米的半导体激光器，在该半导体激光器的输出光路上依次是所述的耦合装置、NdiYAG晶体、Q开关、二倍频晶体、三倍频晶体和第二全反射镜；所述的Nd = YAG晶体面向耦合装置的端面镀1064纳米基频光高反及808纳米高透的复合双色膜，面向Q-开关的端面镀1064纳米基频光高透膜；所述的二倍频晶体面向所述Q-开关的端面镀1064纳米基频光高透膜，面向所述的三倍频晶体的端面镀1064纳米基频光高透和532纳米高透的复合双色膜；所述的三倍频晶体面向第二全反射镜的端面镀1064纳米基频光高透和532纳米高透的复合双色膜，面向所述的二倍频晶体的端面切割成布儒斯特角，并且不镀三倍频分离膜，构成本激光器的出射端面。在所述的Q开关和二倍频晶体之间设有第一全反射镜。所述的第二全反射镜镀1064纳米基频光高反和532纳米高反的复合双色膜。所述的三倍频晶体的端面切割成1064nm基频光、532nm倍频光或355nm三倍频光的布儒斯特角。
本实用新型的技术效果如下由于本实用新型采用腔内倍频，直接将三倍频晶体的一个端面切割成布儒斯特角，并作为激光输出窗口，实现激光输出。充分利用布儒斯特角的偏振选择特性，在实现了高消光比、高偏振耦合效率、多纵模的高抑制能力的优质激光输出的同时；特别是三倍频晶体布儒斯特窗激光输出端面不镀三倍频分离膜，避免了镀膜造成的吸收损耗及吸收损伤，其光学性能和抗损伤阈值有效提高，达到了优质激光输出及长期稳定工作的设计目标。
图1是本实用新型腔内倍频固体激光器的实施例的结构框图图2是本实用新型三倍频晶体端面的布儒斯特窗示意图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。先请参阅图1，图1是本实用新型腔内倍频固体激光器实施例的结构框图，以三倍频输出355nm紫外光为例，由图可见，本实用新型腔内倍频固体激光器包括以下装置808纳米输出的半导体激光器1、耦合装置2、NdiYAG晶体3、Q-开关4、第一全反射镜5、二倍频晶体6、三倍频晶体7、第二全反射镜8，构成Z字形光路。沿光路，半导体激光器I位于最前面，输出泵浦光；耦合装置2位于808半导体激光器I后面，将泵浦光耦合到Nd = YAG晶体3 ；Nd:YAG晶体3位于耦合装置2后面，产生1064nm基频光，NdiYAG晶体3面向耦合装置2的端面镀1064纳米高反及808纳米高透的复合双色膜，面向Q-开关4的端面镀1064纳米高透膜；Q_开关4位于Nd: YAG晶体3后面，调制1064nm基频光成为窄脉冲；第一全反射镜5位于Q-开关4后面，折转光路；二倍频晶体6位于第一全反射镜5后面，倍频1064nm基频光，获得532nm倍频光输出，二倍频晶体6面向第一全反射镜5的端面镀1064纳米高透膜，面向三倍频晶体7的端面镀1064纳米高透和532纳米高透的复合双色膜；三倍频晶体7位于二倍频晶体6后面，面向第二全反射镜8端面镀1064纳米高透和532纳米高透的复合双色膜，面向二倍频晶体6端面切割出对紫外355nm光的布儒斯特角，且此端面不镀三倍频分离膜；第二全反射镜8位于三倍频晶体7后面，镀1064纳米高反及532纳米高反的复合双色膜，反射1064nm基频光及532nm 二倍频光，使之再次进入三倍频晶体7混频，产生355nm三倍频光，并由三倍频晶体7布儒斯特窗端面出射。本实用新型的特点是三倍频晶体7面向二倍频晶体6出射端面切割为紫外光355nm布儒斯特角方式；并对两端面选择性镀膜，即面向第二全反射镜8端面镀复合双色增透膜，对1064nm基频光及532nm二倍频光增透；面向二倍频晶体6端面不镀三倍频分离膜，提高三倍频晶体7的使用寿命。由于三倍频晶体7端面切割针对紫外光355nm布儒斯特角，1064nm基频光、532nm二倍频光将以各自不同的角度出射，并可以分别选择输出。第一全反射镜5折转光路，根据激光器Z字形光路的整体设计，调整第一全反射镜 5的角度，实现高效反射及整体结构的紧凑设计；所述的三倍频晶体7面向二倍频晶体6端面具有对紫外光355nm的布儒斯特角，且此端面不镀三倍频分离膜，获得高质量355nm波长的激光输出；第二全反射镜8镀HR1064及HR532复合双色膜，反射由三倍频晶体7出射的1064nm基频光及532nm二倍频光，使之再次进入三倍频晶体7混频，并从布儒斯特窗端面出射355nm三倍频光。实验表明，本实用新型具有高偏振耦合效率、多纵模抑制能力强、单频稳定运转、高质量光束输出的特点。
权利要求1.一种腔内倍频固体激光器，包括泵浦光源(1)、耦合装置⑵、Nd = YAG晶体(3)、Q开关(4)、二倍频晶体(6)、三倍频晶体(7)、第二全反射镜(8)，其特征在于，所述的泵浦光源(I)是输出808纳米激光的半导体激光器，在该半导体激光器的输出光路上依次是所述的耦合装置(2) ,NdiYAG晶体(3)、Q开关(4)、二倍频晶体(6)、三倍频晶体(7)和第二全反射镜⑶； 所述的Nd = YAG晶体(3)面向耦合装置(2)的端面镀1064纳米基频光高反及808纳米高透的复合双色膜，面向Q-开关(4)的端面镀1064纳米基频光高透膜； 所述的二倍频晶体(6)面向所述的Q-开关⑷的端面镀1064纳米基频光高透膜，面向所述的三倍频晶体(7)的端面镀1064纳米基频光高透和532纳米高透的复合双色膜； 所述的三倍频晶体(7)面向第二全反射镜(8)的端面镀1064纳米基频光高透和532纳米高透的复合双色膜，面向所述的二倍频晶体(6)的端面切割成布儒斯特角，并且不镀三倍频分离膜，构成本激光器的出射端面(10)。
2.根据权利要求1所述的腔内倍频固体激光器，其特征在于，在所述的Q开关(4)和二倍频晶体(6)之间设有第一全反射镜(5)。
3.根据权利要求1所述的腔内倍频固体激光器，其特征在于，所述的第二全反射镜(8)镀1064纳米基频光高反和532纳米高反的复合双色膜。
4.根据权利要求1、2或3所述的腔内倍频固体激光器，其特征在于，所述的三倍频晶体(7)的端面切割成1064nm基频光、532nm倍频光或355nm三倍频光的布儒斯特角。
专利摘要一种腔内倍频固体激光器，包括泵浦光源、耦合装置、Nd:YAG晶体、Q开关、二倍频晶体、三倍频晶体、第二全反射镜，其特点在于，所述的泵浦光源是输出808纳米的半导体激光器，在该半导体激光器的输出光路上依次是所述的耦合装置、Nd:YAG晶体、Q开关、二倍频晶体、三倍频晶体和第二全反射镜；所述的三倍频晶体的一个端面切割成布儒斯特角，直接作为激光输出窗口且不镀倍频分离膜，本实用新型具有高偏振耦合效率、多纵模抑制能力强、单频稳定运转、输出功率稳定、高质量光束和长寿命的特点。
文档编号H01S3/109GK202906192SQ20122002692
公开日2013年4月24日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者龚传波 申请人:上海帝耐激光科技有限公司