专利名称：一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器。
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。
实用新型内容本实用新型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，可自由选择基频激光在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。本实用新型的目的是通过以下方案实现的利用脉冲输出的线偏振调Q的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激光束腰位置与非线性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。一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，它包括激光源、偏振旋转器、聚焦透镜、倍频晶体、准直透镜、小孔光阑、谐波分离镜、第一转向镜、第二转向镜、第三转向镜、第四转向镜，其特征在于，激光源脉冲输出的基频激光为线偏振调Q脉冲激光，第一转向镜、第二转向镜、第三转向镜、第四转向镜、偏振旋转器、聚焦透镜、倍频晶体、准直透镜、小孔光阑、谐波分离镜放置在谐振腔外；由激光源脉冲输出的基频激光经过第一转向镜和第二转向镜调整入射方向，通过设置在谐振腔外的聚焦透镜聚焦到倍频晶体的入射端面并产生倍频激光和剩余的基频激光再经过准直透镜准直，然后经过第三转向镜和第四转向镜调整出射方向；谐波分离镜反射剩余的基频激光并透过倍频激光；小孔光阑吸收被反射的剩余基频激光，避免反射光损伤其他元件；偏振旋转器控制基频激光的偏振方向，插入偏振旋转器后，基频激光的偏振方向绕光束传播方向旋转45度或90度。本实用新型所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，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。本实用新型所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器的激光为线性偏振调Q的脉冲激光。本实用新型所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，其偏振旋转器插入非线性倍频晶体之前的光路中，线偏振基频激光的偏振方向旋转45度或90度，倍频过程不发生；或偏振旋转器不插入倍频晶体之前的光路中，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，只有当基频激光和倍频激光在非线性晶体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，线偏振调Q的基频激光的偏振方向旋转90度，倍频过程发生或不发生；当采用II类相位匹配时，线偏振调Q的基频激光的偏振方向旋转45度，倍频过程发生或不发生。本实用新型所述的倍频晶体为磷酸二氢钾(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。本实用新型所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，其第一转向镜、第二转向镜、第三转向镜和第四转向镜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。本实用新型所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，其切换输出的基频激光和倍频激光具有同轴输出特性。本实用新型适于激光打标、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I是激光器结构示意图；图2是非线性晶体倍频原理示意图；图3是偏振旋转器工作原理示意具体实施方式
本实用新型所涉及的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，其技术方案结合附图I、2和3详细叙述如下本实用新型的激光源I脉冲输出线偏振调Q的基频激光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由放置在谐振腔外的聚焦透镜6 (镀基频光增透膜)聚焦到倍频晶体7 (LB0,双面均镀基频光和倍频光增透膜)的入射端面上，并在倍频晶体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和剩余的基频激光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10 (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O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I在光路上放置激光器各部分器件，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和转向镜4、
5、9、10。输出功率稳定的准连续脉冲基频激光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，在距离激光源I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O. Imm聚焦光束，束腰位置在长度为IOmm的倍频晶体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。
·[0021]图2中，7为倍频晶体，2为线性偏振调Q的基频激光，13为线性偏振的倍频激光。线性偏振调Q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在倍频晶体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，线性偏振调Q的基频激光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)。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型，也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求1.一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，包括激光源(I)、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)、第一转向镜(4)、第二转向镜(5)、第三转向镜(9)、第四转向镜(10)，其特征在于激光源⑴脉冲输出的基频激光(2)为线偏振调Q脉冲激光，第一转向镜(4)、第二转向镜(5)、第三转向镜(9)、第四转向镜(10)、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)放置在谐振腔外；由激光源(I)脉冲输出的基频激光(2)经过第一转向镜(4)和第二转向镜(5)调整入射方向，通过设置在谐振腔外的聚焦透镜(6)聚焦到倍频晶体(7)的入射端面并产生倍频激光(13)和剩余的基频激光(2)再经过准直透镜(8)准直，然后经过第三转向镜(9)和第四转向镜(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I所述的一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，其特征在于所述的偏振旋转器(3)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。
专利摘要本实用新型公开了一种端面泵浦双波长同轴切换输出激光器，包括激光源、转向镜、聚焦透镜、倍频晶体、准直镜、谐波分离镜、偏振旋转器。通过调Q方式产生线性偏振、高峰值功率准连续基频激光输出，然后输出的基频激光经过透镜聚焦到倍频晶体上并产生细小的光斑和高光功率密度，在倍频晶体后得到倍频激光输出。当在光路中插入偏振旋转器并移出谐波分离镜之后，基频激光的偏振方向旋转90度，激光器切换为基频激光输出，并通过相同的聚焦系统之后具有较为一致的聚焦参数。本实用新型可保证两种波长在切换输出时，系统效率最大化，可以广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等领域。
文档编号H01S3/10GK202749676SQ201220290040
公开日2013年2月20日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者胡杰 申请人:沈阳理工大学