专利名称：基于板条结构的大功率532nm绿光激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全固态激光器，具体涉及一种基于板条结构的大功率532nm绿光激光器。
背景技术：
激光二极管泵浦的全固态激光器因具有转换效率高、稳定性好、结构紧凑、使用寿命长等优点使其成为当今固态激光技术研究的热点之一，其中板条激光器由于泵浦效率高、散热效率好而受到广泛重视。采用棒状工作介质的高功率固体激光器在长时间运转时，工作介质的径向温度梯度使棒呈现出热透镜效应和双折射效应，进而严重降低了光束质量，限制了激光器的输出水平和高重复率运转。对于板条结构的固体激光器，可以通过设计合理的“M”字形光路，减轻甚至消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而获得更好的光束质量和更高的输出功率。早在20世纪70年代美国GE公司的W.B.Martin等就提出了板条激光器设计的概念，使得板条晶体内部温度场的分布趋于均匀，极大降低了晶体本身的热效益。但该方案存在结构设计复杂、吸收长度短、抽运效率低等缺点，限制了其进一步的发展。现有的绿光激光器多是采用棒状激光晶体得到1064nm基频激光输出，然后进行频率转换至绿光激光输出。由于棒状激光晶体所能承受的热负荷与泵浦光功率有限，直接限制了绿光激光的大功率输出。
发明内容为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于板条结构获得更好的光束质量和更高的输出功率的大功率532nm绿光激光器。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:—种基于板条结构的大功率532nm绿光激光器,其特征在于,包括:激光晶体,分居前述激光晶体两侧的半导体激光泵浦模块，设置于前述激光晶体与半导体激光泵浦模块之间的透镜组，将前述半导体激光泵浦模块发射出的泵浦光转换成高光束质量的基频激光的激光谐振腔，对前述基频激光进行调制的调制器件，以及对前述基频激光进行频率变换的绿光非线性晶体；前述激光晶体为板条形状的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之内，激光晶体的“C”轴竖直向上放置或者旋转90°水平放置；前述激光谐振腔由腔镜组成，激光在激光器中形成“M”字形光路。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述腔镜包括:柱面镜、平面镜、凹面镜，前述柱面镜设置于激光晶体的一侧，平面镜和凹面镜设置于激光晶体的另一侧，并且沿光路方向凹面镜设置于绿光非线性晶体之前。优选的，柱面镜和设置于绿光非线性晶体之前的平面镜的端面镀有对1064nm激光高反膜，设置于绿光非线性晶体之后的平面镜镀有对1064nm及532nm激光高反膜，凹面镜的端面镀有对1064nm激光高反膜、对532nm激光高透膜。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述激光晶体为Nd:YV04 晶体，或者 Nd: YLF 晶体、Nd:YAG 晶体、NchGlass 晶体、Yb:YAG 晶体、Er:YAG 晶体。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述半导体激光泵浦模块的中心波长为808nm或880nm。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述半导体激光泵浦模块发出的泵浦光经透镜组会聚成截面为长方形的一维平行光，前述一维平行光的上下宽度为激光晶体厚度的一半，长度小于激光晶体的长度。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述分居激光晶体两侧的半导体激光泵浦模块同时泵浦中间的激光晶体，或者两个半导体激光泵浦模块中的任意一个对激光晶体进行单独泵浦。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述调制器件为声光调制器件、电光调制器件或吸收型被动调Q开关。优选的，前述调制器件的两个端面均镀有1064nm增透膜。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述绿光非线性晶体为I类LB0,或者II类LBO、II类KTP、II类BBO、II类CLBO0前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，前述绿光非线性晶体的两个端面均镀有1064nm及532nm双色高透膜。前述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，还包括:用于提高光束质量的光阑，前述光阑设置于激光谐振腔内。
本发明的有益之处在于:通过设计合理的“M”字形光路，以及适当选择柱面镜的曲率半径，可减轻甚至消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而利用简单的板条激光结构获得更好的光束质量和更高的输出功率；并且，在不改变激光器内部结构的情况下，在激光晶体破坏值范围内，可以通过提高半导体激光泵浦模块的泵浦功率，进一步增加腔内基频激光的功率密度，从而得到更高功率的绿光激光输出。
图1是本发明基于板条结构的大功率532nm绿光激光器的一个具体实施例的结构示意图；图中附图标记的含义:1_半导体激光泵浦模块，2-透镜，3-柱面镜，4-激光晶体，5-柱面镜，6-透镜，7-半导体激光泵浦模块，8-平面镜，9-调制器件，10-平面镜，11-平面镜，12-平面镜，13-光阑，14-平面镜，15-凹面镜，16-绿光非线性晶体，17-平面镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。参照图1，本发明基于板条结构的大功率532nm绿光激光器包括:激光晶体4，分居激光晶体4两侧的半导体激光泵浦模块1、7，设置于激光晶体4与半导体激光泵浦模块1、7之间的透镜2、6，透镜2、6组成透镜组，将半导体激光泵浦模块1、7发射出的泵浦光转换成高光束质量的基频激光的激光谐振腔，对上述基频激光进行调制的调制器件9，以及对上述基频激光进行频率变换的绿光非线性晶体16。其中，激光晶体4为板条形状的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之内；激光谐振腔由腔镜组成，激光在激光器中形成“M”字形光路。[0022]在本发明中，激光晶体4的“C”轴竖直向上放置，其还可以旋转90°即水平放置，相应的，绿光非线性晶体16也旋转90°放置。作为一种优选的方案，透镜2、6均镀有对泵浦光的高透膜。下面详细介绍激光谐振腔。参照图1，该激光谐振腔由腔镜组成，具体由柱面镜3、5，平面镜8、10、11、12、14、17和凹面镜15组成。柱面镜3、5设置于激光晶体4的一侧，平面镜8、10、11、12、14、17和凹面镜15设置于激光晶体4的另一侧，其中，平面镜8竖直设置，平面镜11水平设置,平面镜10、12、14、17和凹面镜15均倾斜设置，并且沿光路方向凹面镜15设置于平面镜14之后、绿光非线性晶体16之前，平面镜17用作绿光激光反射镜。作为一种优选的方案，凹面镜15的端面镀有对1064nm激光高反膜、对532nm激光高透膜；柱面镜3、5和平面镜8、10、11、12、14均镀有对106411111激光高反膜；平面镜17镀有对1064nm激光及532nm激光高反膜。在本发明中，激光晶体4为Nd: YV04晶体，其还可以是Nd: YLF晶体、Nd: YAG晶体、NdiGlass晶体、Yb = YAG晶体、Er = YAG晶体等基频激光晶体。作为一种优选的方案，激光晶体4的两个端面均镀有对泵浦光和1064nm激光增透的增透膜，用以增加对泵浦光的吸收。更为优选的是，在激光晶体4的上下面上还设置有热沉(未图示)，热沉与激光晶体4接触，可保证热量的有效传导。在本发明中，半导体激光泵浦模块1、7均为半导体激光二极管，其中心波长为808nm，最高输出功率为30W， 也可以根据所选用的激光晶体4的不同而选用其他中心波长例如880nm的半导体激光泵浦模块。半导体激光泵浦模块1、7可以同时泵浦中间的激光晶体4，也可以是两个半导体激光泵浦模块1、7中的任意一个对激光晶体4进行单独泵浦。半导体激光泵浦模块1、7发出的泵浦光经透镜2、6会聚成截面为长方形的一维平行光，作为一种优选的方案，上述一维平行光的上下宽度为激光晶体4厚度的一半，长度小于激光晶体4的长度，略小即可。作为一种优选的方案，调制器件9为声光调制器件、电光调制器件或者吸收型被动调Q开关。更为优选的是，调制器件9的两个端面均镀有1064nm增透膜。在本发明中，绿光非线性晶体16设置于凹面镜15和平面镜17之间。经激光谐振腔的选模作用所形成的基频激光经调制器件9调制后得到调制激光，该调制激光经绿光非线性晶体16的频率转换作用，最终得到532nm绿光激光输出。作为一种优选的方案，绿光非线性晶体16为I类LBO，II类LBO、II类KTP、II类BBO、II 类 CLBO。更为优选的是，绿光非线性晶体16的两个端面均镀有1064nm、及532nm双色高透膜。作为一种优选的方案，绿光非线性晶体16以及激光晶体4均用铟箔包裹后放入散热晶体座中。作为一种优选的方案，本发明的绿光激光器还包括光阑13,光阑13设置于激光谐振腔内，用以进一步提高光束质量。参照图1，本发明的绿光激光器的工作原理为:半导体激光泵浦模块1、7发出的泵浦光经透镜2、6会聚后直接射入激光晶体4的端面，激光晶体4吸收泵浦光能量后产生受激发射，发射出的光在激光谐振腔(由柱面镜3、5，平面镜8、IO、11、12、14、17和凹面镜15组成)的选模作用下形成高光束质量的基频激光，该基频激光经调制器件9的调制后，得到高峰值功率的调制激光，该调制激光经绿光非线性晶体16的频率转换作用，最终得到532nm绿光激光输出。本发明的绿光激光器，在不改变激光器内部结构的情况下，在激光晶体破坏阀值范围内，还可以提高激光二极管的泵浦功率，进一步增加腔内基频激光的功率密度，从而得到更高功率的绿光激光输出。另外，本发明的基于板条结构的固体绿光激光器，相比于基于棒状工作介质的绿光激光器，通过设计合理的“M”字形光路，以及适当选择柱面镜的曲率半径，可减轻甚至消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而利用简单的板条激光结构获得更好的光束质量和更高的输出功率。需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案， 均落在本发明的保护范围内。
权利要求1.基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，包括:激光晶体(4)，分居上述激光晶体(4)两侧的半导体激光泵浦模块(1、7)，设置于上述激光晶体(4)与半导体激光泵浦模块(1、7)之间的透镜组，将上述半导体激光泵浦模块(1、7)发射出的泵浦光转换成高光束质量的基频激光的激光谐振腔，对上述基频激光进行调制的调制器件(9)，以及对上述基频激光进行频率变换的绿光非线性晶体(16);上述激光晶体(4)为板条形状的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之内，激光晶体(4)的“C”轴竖直向上放置或者旋转90°水平放置；上述激光谐振腔由腔镜(3、5、8、10、11、12、14、15、17)组成，激光在激光器中形成“M”字形光路。
2.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述腔镜包括:柱面镜(3、5)、平面镜(8、10、11、12、14、17)、凹面镜(15)，上述柱面镜(3、5)设置于激光晶体(4)的一侧，平面镜(8、10、11、12、14、17)和凹面镜(15)设置于激光晶体(4)的另一侧，并且沿光路方向凹面镜(15)设置于绿光非线性晶体(16)之前，优选的，柱面镜(3、5)和平面镜(8、10、11、12、14)的端面镀有对1064nm激光高反膜，凹面镜(15)的端面镀有对1064nm激光高反膜、对532nm激光高透膜，平面镜(17)镀有对1064nm及532nm激光高反膜。
3.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述激光晶体(4)为Nd:YV04晶体，或者NdiYLF晶体、NdiYAG晶体、NdiGlass晶体、YbiYAG晶体、Er:YAG晶体。
4.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述半导体激光泵浦模块(1、7)的中心波长为808nm或880nm。
5.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述半导体激光泵浦模块(1、7)发出的泵浦光经透镜组会聚成截面为长方形的一维平行光，上述一维平行光的上下宽度为激光晶体(4)厚度的一半，长度小于激光晶体(4)的长度。
6.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述分居激光晶体(4)两侧的半导体激光泵浦模块(1、7)同时泵浦中间的激光晶体(4)，或者两个半导体激光泵浦模块(1、7)中的任意一个对激光晶体(4)进行单独泵浦。
7.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述调制器件(9)为声光调制器件、电光调制器件或吸收型被动调Q开关，优选的，上述调制器件(9)的两个端面均镀有1064nm增透膜。
8.根据权利要求1所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述绿光非线性晶体(16)为I类LBO，或者II类LBO、II类KTP、II类BBO、II类CLBO。
9.根据权利要求8所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，上述绿光非线性晶体(16)的两个端面均镀有1064nm及532nm双色高透膜。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，还包括:用于提高光束质量的光阑(13)，上述光阑(13)设置于激光谐振腔内。
专利摘要本实用新型公开了一种基于板条结构的大功率532nm绿光激光器，其特征在于，包括半导体激光泵浦模块、透镜组、板条薄片状的激光晶体、将泵浦光转换成基频激光的激光谐振腔、调制器件以及对调制激光进行变频的绿光非线性晶体；前述激光谐振腔由腔镜组成，激光在激光器中形成“M”字形光路。本实用新型的有益之处在于通过设计合理的“M”字形光路以及适当选择柱面镜的曲率半径，可减轻甚至消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而利用简单的板条激光结构获得更好的光束质量和更高的输出功率；在不改变激光器内部结构的情况下，在激光晶体破坏值范围内，可通过提高半导体激光泵浦模块的泵浦功率，进一步增加腔内基频激光的功率密度。
文档编号H01S3/081GK203103753SQ201220732268
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者孔剑, 边莎莎 申请人:苏州镭创光电技术有限公司