一种全固态自拉曼可调谐激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及可调谐激光【技术领域】，公开一种全固态自拉曼可调谐激光器。本发明所述的激光器，包括：半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜、双向色镜、掺Yb钨酸盐晶体、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜、耦合输出镜；双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜构成可调谐激光谐振腔，双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、耦合输出镜构成拉曼谐振腔。本发明采用由可调谐激光谐振腔和拉曼谐振腔构成的复合腔，在腔内放置具有受激拉曼散射效应的掺Yb钨酸盐激光晶体；从而利用可调谐激光振荡器内掺Yb钨酸盐激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1130～1160nm波段可调谐的拉曼激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
【专利说明】一种全固态自拉曼可调谐激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及可调谐激光【技术领域】，特别涉及一种全固态自拉曼可调谐激光器。
【背景技术】
[0002]可调谐激光具有输出波长丰富、可控制等突出特点，已在物理、化学等基础科学研宄、生命医学、信息通讯、激光测量等众多领域得到广泛应用，为上述尖端领域的探索和发展提供了有力的工具。
[0003]目前，染料激光器、钛宝石激光器是技术较为成熟、应用领域广泛的可调谐激光器。掺杂稀土元素的固体激光材料，是另一类重要的激光材料。其中，掺Yb稀土离子的激光材料及其激光器，与钛宝石激光相比，其优势在于简单的能级结构、较低的量子缺陷、宽带发射光谱、可被大功率InGaAs半导体激光器泵浦。从而，减少了能量传递的环节，激光转化效率也大幅提高，激光系统的成本大大降低。上述掺杂稀土元素激光器已经成为近十几年以来可调谐激光器的研宄热点，并已在光通信、生物医学、化学等领域得到广泛应用。
[0004]但是，染料激光器、钛宝石激光器、掺Yb材料激光器等受到激光增益材料能级结构的限制，只能输出某一特定的波长，例如染料激光器输出波长为可见光波段，钛宝石激光器输出波长在SOOnm附近，掺Yb材料激光器输出波长在1030nm附近。随着研宄的深入，单一波段的可调谐激光已不能满足与日俱增的应用需求，因此更多波段可调谐激光的产生方法成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有可调谐激光器技术的缺陷，获得新的激光波长，提供一种全固态自拉曼可调谐激光器。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]本发明提供一种全固态自拉曼可调谐激光器，包括:沿光路传播方向依次布置的半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜、双向色镜、掺Yb钨酸盐晶体、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜、親合输出镜；
[0008]其中，所述双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜构成可调谐激光谐振腔；所述双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、耦合输出镜构成拉曼谐振腔；所述掺Yb钨酸盐晶体为激光增益晶体。
[0009]一些实施例中，所述半导体激光器采用光纤耦合输出，所述半导体激光器的发射波长为980nm，所述光纤的纤芯直径为100?200微米。
[0010]一些实施例中，所述准直透镜、聚焦透镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透。
[0011]一些实施例中，所述双向色镜为所述双向色镜为平面镜；所述双向色镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透、对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。
[0012]一些实施例中，所述掺Yb钨酸盐晶体沿晶体的Ng轴切割，所述晶体端面与光路在水平面夹角为I?2° ;所述晶体端面镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光、1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光增透。
[0013]一些实施例中，所述宽带凹面反射镜，其曲率半径为100?400毫米；所述宽带凹面反射镜镀有膜系，所述膜系为对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。
[0014]一些实施例中，所述分束镜为平面镜，所述分束镜镀制对1020?1050nm波段的基频激光高反射和1130?1160nm波段的拉曼激光增透的膜系。
[0015]—些实施例中，所述色散棱镜为重火石玻璃等腰棱镜，所述色散棱镜的棱镜顶角为 60.6。ο
[0016]一些实施例中，所述平面反射镜上镀有膜系，所述膜系对1020?1050nm波段的基频激光高反射。通过细微调节平面反射镜的放置角度，实现激光输出波长的调谐。
[0017]一些实施例中，所述耦合输出镜为平面镜，所述膜系为对1130?1160nm波段的拉曼激光部分透射，所述耦合输出镜镀制透过率为0.5%?5%膜系。
[0018]本发明的有益效果在于:采用半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜、由可调谐激光谐振腔和拉曼谐振腔构成的复合腔，在腔内放置具有受激拉曼散射效应的激光晶体；从而利用可调谐激光振荡器内激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1130?1160nm波段可调谐的拉曼激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1示意性示出根据本发明一个实施例的全固态自拉曼可调谐激光器结构示意图。
[0020]半导体激光器I ;准直透镜2 ;
[0021]聚焦透镜3;双向色镜4;
[0022]掺Yb钨酸盐晶体5 ；宽带凹面反射镜6 ；
[0023]分束镜7 ；色散棱镜8
[0024]平面反射镜9 ;親合输出镜10。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
[0026]本发明提供一种利用掺Yb钨酸盐晶体既为可调谐激光材料，又受激拉曼散射材料的双重特性，从而获得1130?1160nm波段可调谐的激光。
[0027]请参考图1，示出根据本发明一个实施例的全固态自拉曼可调谐激光器。
[0028]包括:沿光路传播方向依次布置的半导体激光器1、准直透镜2、聚焦透镜3、双向色镜4、掺Yb钨酸盐晶体5、宽带凹面反射镜6、分束镜7、色散棱镜8、平面反射镜9、耦合输出镜10 ;本发明的可调谐激光器为复合腔结构。
[0029]其中，双向色镜4、宽带凹面反射镜6、分束镜7、色散棱镜8、平面反射镜9构成可调谐激光谐振腔；双向色镜4、宽带凹面反射镜6、分束镜7、耦合输出镜10构成拉曼谐振腔；掺Yb钨酸盐晶体5为激光增益晶体，也是非线性受激拉曼散射晶体。
[0030]可优选地，半导体激光器I采用最大输出功率20W，发射波长在980nm附近，其光纤的纤芯直径为100?200微米。如图1所示，光纤耦合输出的半导体激光器I发出圆锥形的发散光。经过准直透镜2将光纤耦合输出的发散光束准直，聚焦透镜3将准直光束聚焦。[0031 ] 准直透镜2、聚焦透镜3为凸透镜，准直透镜2、聚焦透镜3的焦距为30?50mm，进一步地，准直透镜2、聚焦透镜3上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透。
[0032]上述聚焦的泵浦光通过双向色镜4后会聚在掺Yb鹤酸盐晶体5，从而半导体激光器I发出的泵浦光被掺Yb钨酸盐晶体5吸收。
[0033]掺Yb钨酸盐晶体5被半导体激光器I激发产生的光，被宽带凹面反射镜6和分束镜7反射后，入射到色散棱镜8。被色散棱镜折射，入射到平面反射镜9，平面反射镜9将光原路返回。
[0034]双向色镜4为平面镜，进一步地，双向色镜4上镀有膜系，上述膜系为对980nm附近波长的泵浦光增透、对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。其中，膜系为氧化钽/氧化硅介质膜，厚度约7.5微米。
[0035]为了防止晶体端面反射对激光振荡产生影响，掺Yb钨酸盐晶体5沿晶体的Ng轴切割，所述晶体端面与光路在水平面夹角为I?2° ;上述掺Yb钨酸盐晶体5为具有受激拉曼散射效应的钨酸盐晶体(KGW或KYW)为基质的掺Yb离子激光晶体，其中，掺Yb离子浓度与实际尺寸根据实际应用选择，Yb离子掺杂浓度通常在2%?5%，晶体长度通常为2_?6mm ο
[0036]掺Yb钨酸盐晶体5端面镀有膜系，上述膜系为对980nm附近波长的泵浦光、1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光增透。其中，膜系为氧化钽介质膜，厚度约800nm。
[0037]宽带凹面反射镜6，其曲率半径为100?400毫米；上述宽带凹面反射镜镀有膜系，所述膜系为对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。其中，膜系为氧化钽/氧化硅介质膜。
[0038]分束镜7镀制对1020?1050nm波段的基频激光高反射和1130?1160nm波段的拉曼激光增透的膜系。其中，膜系为氧化钽/氧化硅介质膜，厚度约8微米。
[0039]色散棱镜8为重火石玻璃等腰棱镜，色散棱镜8的棱镜顶角为60.6°
[0040]平面反射镜9上镀有膜系。其中，膜系对1020?1050nm波段的基频激光高反射。通过细微调节平面反射镜9的放置角度，可以实现激光输出波长的调谐。
[0041]本发明中，双向色镜4、宽带凹面反射镜6、分束镜7、色散棱镜8、平面反射镜9构成可调谐激光谐振腔，通过细微调节平面反射镜9的放置角度，产生可调谐激光。
[0042]本发明可调谐激光谐振腔内的激光往返通过掺Yb钨酸盐晶体5产生受激拉曼散射光，散射光被宽带凹面反射镜6反射，透过分束镜7，被親合输出镜10部分原路返回。
[0043]耦合输出镜10为平面镜，耦合输出镜10镀制膜系。上述膜系为对1130?1160nm波段的拉曼激光部分透射，上述膜系的透过率为0.5%?5%。其中，膜系为氧化钽/氧化娃介质膜。
[0044]双向色镜4、宽带凹面反射镜6、分束镜7、耦合输出镜10构成拉曼谐振腔，从而由耦合输出镜10输出1130?1160nm波段的可调谐拉曼激光。
[0045]本发明实施例采用掺Yb钨酸盐晶体、由可调谐激光谐振腔和拉曼谐振腔构成的复合腔，在腔内放置具有受激拉曼散射效应的激光晶体；从而利用可调谐激光振荡器内激光晶体自身的非线性效应实现频率变换，直接获得1130?1160nm波段的可调谐的拉曼激光，具有输出波长独特、结构紧凑、实用性强的特点。
[0046]以上所述本发明的【具体实施方式】，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，包括:沿光路传播方向依次布置的半导体激光器、准直透镜、聚焦透镜、双向色镜、掺Yb钨酸盐晶体、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜、親合输出镜； 其中，所述双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、色散棱镜、平面反射镜构成可调谐激光谐振腔；所述双向色镜、宽带凹面反射镜、分束镜、耦合输出镜构成拉曼谐振腔；所述掺Yb钨酸盐晶体为激光增益晶体。
2.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述半导体激光器采用光纤耦合输出，所述半导体激光器的发射波长为980nm，所述光纤的纤芯直径为100?200微米。
3.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述准直透镜、聚焦透镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透。
4.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述双向色镜为平面镜；所述双向色镜上镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光增透、对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。
5.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述掺Yb钨酸盐晶体沿晶体的Ng轴切割，所述晶体端面与光路在水平面夹角为I?2° ;所述掺Yb钨酸盐晶体端面镀有膜系，所述膜系为对980nm波长的泵浦光、1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光增透。
6.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述宽带凹面反射镜，其曲率半径为100?400毫米；所述宽带凹面反射镜镀有膜系，所述膜系为对1020?1050nm波段的基频激光和1130?1160nm波段的拉曼激光高反射。
7.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述分束镜为平面镜，所述分束镜镀制对1020?1050nm波段的基频激光高反射和1130?1160nm波段的拉曼激光增透的膜系。
8.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述色散棱镜为重火石玻璃等腰棱镜，所述色散棱镜的棱镜顶角60.6°。
9.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述平面反射镜上镀有膜系，所述膜系对1020?1050nm波段的基频激光高反射。
10.如权利要求1所述的全固态自拉曼可调谐激光器，其特征在于，所述耦合输出镜为平面镜，所述膜系为对1130?1160nm波段的拉曼激光部分透射，所述耦合输出镜镀制透过率为0.5%?5%膜系。
【文档编号】H01S3/08GK104466660SQ201410839725
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】葛文琦, 张雪, 肖红, 黄科, 赵天卓, 余锦, 樊仲维 申请人:中国科学院光电研究院