一种拉曼混频可见激光光源及实现方式的制作方法

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种拉曼混频可见激光光源及实现方式。

背景技术：

570nm黄光激光在医疗美容、激光显示、生物医学和天文等很多领域都具有重要应用。比如用于照明有雾气情况下的地面测量和准直方，可用于医学上治疗眼底黄斑水肿及美容上去除多余的毛细血管等，军事上可用于激光雷达及空间目标的探测。

目前尚未发现可以通过直接倍频获得570nm激光的激光材料。目前有报道通过nd:yag晶体的1444nm和946nm两种基频光和频产生(光学精密工程，2010,18(4):805-808)。由于这两个基频激光对应nd:yag材料的两个较弱的增益谱线，所以转换效率较低。而且同时获得两个弱增益谱的激光系统也相对较为复杂，需要独立从两台nd:yag激光器中输出两个基频光，再进行腔外和频。通过该技术方案实现的570nm黄光器成本相对较高，结构分散，系统复杂，使用不方便，实用性差。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构设计合理、结构紧凑、成本低、系统简单、工作稳定且操作方便的拉曼混频可见激光光源。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种拉曼混频可见激光光源，包括激光器本体，所述激光器本体的光路中依次设置有半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜，所述全反腔镜与输出腔镜之间构成了1064nm基频激光的振荡腔，耦合腔镜和输出腔镜构成拉曼腔；所述全反腔镜镀有对半导体激光泵浦源波长高透射的第一介质膜，所述第一介质膜同时对1060nm到1150nm波段高反射；所述耦合腔镜镀有第二介质膜，所述第二介质膜对570nm、以及1090到1150nm波段高反射，且对1064nm波长增透射；所述输出腔镜镀有第三介质膜，所述第三介质膜对1060nm到1150nm波段高反射，且对570nm波长高透射；所述nd:yag晶体、声光调q器和rtp晶体表面镀有1060nm到1150nm波段的减反介质膜。

本发明进一步设置为：所述rtp晶体为近光学主轴切割的磷酸钛氧铷晶体，半导体激光泵浦源输出的泵浦光透过全反腔镜泵浦nd:yag晶体，进而由nd:yag晶体产生1064nm的光子在由全反腔镜与输出腔镜组成的振荡腔内振荡形成激光，由声光调q器对光强进行调制形成高峰值的脉冲激光驱动rtp晶体发生拉曼转换，在耦合腔镜和输出腔镜的镀膜作用下，基于rtp晶体的271cm^-1的一阶和二阶斯托克斯光，687cm^-1的一阶斯托克斯光同时在耦合腔镜和输出腔镜组成的拉曼腔内振荡，rtp晶体的通光方向角度满足基于rtp晶体的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光的和频的相位匹配角，在同一块rtp晶体内实现和频转换产生570nm的黄光激光，并由输出腔镜直接输出。

本发明还进一步设置为：所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜依次从左往右设置。

本发明还进一步设置为：所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、rtp晶体和输出腔镜之间分别通过支架或连接件连接，各部件之间留有间隙。

本发明还进一步设置为：所述半导体激光泵浦源是808nm的半导体激光器或是885nm的半导体激光器。

本发明还进一步设置为：所述全反腔镜镀的第一介质膜包括镀在全反腔镜左面的对半导体激光泵浦源波长808nm或885nm高透射的第一左介质膜和镀在全反腔镜右面的对半导体激光泵浦源波长808nm或885nm高透射的第一右介质膜，且第一右介质膜对1060到1150nm波段高反射。

本发明还进一步设置为：所述耦合腔镜的第二介质膜包括镀在耦合腔镜左面的对1064nm波长高透射的第二左介质膜和镀在耦合腔镜右面对570nm、以及1090到1150nm波段高反射，且对1064nm波长增透射的第二右介质膜。

本发明还提供一种拉曼混频可见激光光源实现方式：激光器本体的光路中依次设置有半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜，所述全反腔镜与输出腔镜之间构成了1064nm基频激光的振荡腔，耦合腔镜和输出腔镜构成拉曼腔；所述全反腔镜镀有对半导体激光泵浦源波长高透射的第一介质膜，所述第一介质膜同时对1060nm到1150nm波段高反射；所述耦合腔镜镀有第二介质膜，所述第二介质膜对570nm、以及1090到1150nm波段高反射，且对1064nm波长增透射；所述输出腔镜镀有第三介质膜，所述第三介质膜对1060nm到1150nm波段高反射，且对570nm波长高透射；所述nd:yag晶体、声光调q器和rtp晶体表面镀有1060nm到1150nm波段的减反介质膜；

所述rtp晶体为近光学主轴切割的磷酸钛氧铷晶体，半导体激光泵浦源输出的泵浦光透过全反腔镜泵浦nd:yag晶体，进而由nd:yag晶体产生1064nm的光子在由全反腔镜与输出腔镜组成的振荡腔内振荡形成激光，由声光调q器的对光强进行调制形成高峰值的脉冲激光驱动rtp晶体发生拉曼转换，在耦合腔镜和输出腔镜的镀膜作用下，基于rtp晶体的271cm^-1的一阶和二阶斯托克斯光，687cm^-1的一阶斯托克斯光同时在耦合腔镜和输出腔镜组成的拉曼腔内振荡，rtp晶体的通光方向角度满足基于rtp晶体的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光的和频的相位匹配角，在同一块rtp晶体内实现和频转换产生570nm的黄光激光，并由输出腔镜直接输出。

作为优选的，rtp晶体包含271cm^-1和687cm^-1两个拉曼频移；对于1064nm驱动拉曼对应的271cm^-1拉曼频移的一阶、二阶斯托克斯光波长为1096nm、1130nm；对应的687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯光波长为1149nm；该rtp晶体271cm^-1拉曼频移的二阶斯托克斯波长1130nm和687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯波长1149nm的两个光和频的相位匹配角为θ＝90°,φ＝5.5°；当rtp晶体为沿通光方向θ＝90°,φ＝5.5°的近晶体x轴光学主轴切割，使其来满足两个波长的和频；而通光方向为x轴方向θ＝90°,φ＝0°的rtp晶体具有最强的拉曼增益，所以近光学主轴切割的rtp晶体可同时作为拉曼介质和和频晶体。

作为优选的，所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜依次从左往右设置；所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、rtp晶体和输出腔镜之间分别通过支架或连接件连接，各部件之间留有间隙。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明结构设置更加合理，利用nd:yag晶体作为激光晶体，近光学主轴切割的磷酸钛氧铷(rtp)晶体作为非线性光学晶体同时作为拉曼介质和混频(和频)晶体，结合耦合腔镜和输出腔镜镀膜设计，使得nd:yag晶体产生的1064nm激光驱动rtp晶体产生基于rtp晶体的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光，再通过同一块rtp晶体和频实现570nm黄光激光。巧妙利用近光学主轴切割的磷酸钛氧铷(rtp)晶体同时具有较强的拉曼增益和对产生斯托克斯光之间的和频特性，实现在单块rtp晶体里面同时完成拉曼及和频过程，使得激光系统结构紧凑，产生的高转换效率的570nm黄光。结构设计合理、成本低、系统简单、工作稳定且操作方便，实用性好。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为rtp晶体方向示意图。

具体实施方式

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1和图2，本发明公开的一种拉曼混频可见激光光源，包括激光器本体，所述激光器本体的光路中依次设置有半导体激光泵浦源1、全反腔镜2、nd:yag晶体3、声光调q器4、耦合腔镜5、近光学主轴切割的rtp晶体6和输出腔镜7，所述全反腔镜2与输出腔镜7之间构成了1064nm基频激光的振荡腔，耦合腔镜5和输出腔镜7构成拉曼腔；所述全反腔镜2镀有对半导体激光泵浦源波长高透射的第一介质膜，所述第一介质膜同时对1060nm到1150nm波段高反射；所述耦合腔镜5镀有第二介质膜，所述第二介质膜对570nm、以及1090到1150nm波段高反射，且对1064nm波长增透射；所述输出腔镜7镀有第三介质膜，所述第三介质膜对1060nm到1150nm波段高反射，且对570nm波长高透射；所述nd:yag晶体3、声光调q器4和rtp晶体6表面镀有1060nm到1150nm波段的减反介质膜。

作为优选的，所述rtp晶体6为近光学主轴切割的磷酸钛氧铷晶体，半导体激光泵浦源1输出的泵浦光透过全反腔镜2泵浦nd:yag晶体3，进而由nd:yag晶体3产生1064nm的光子在由全反腔镜2与输出腔镜7组成的振荡腔内振荡形成激光，由声光调q器4的对光强进行调制形成高峰值的脉冲激光驱动rtp晶体6发生拉曼转换，在耦合腔镜5和输出腔镜7的镀膜作用下，基于rtp晶体6的271cm^-1的一阶和二阶斯托克斯光，687cm^-1的一阶斯托克斯光同时在耦合腔镜5和输出腔镜7组成的拉曼腔内振荡，rtp晶体6的通光方向角度满足基于rtp晶体6的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光的和频的相位匹配角，在同一块rtp晶体6内实现和频转换产生570nm的黄光激光，并由输出腔镜7直接输出。

作为优选的，所述半导体激光泵浦源1、全反腔镜2、nd:yag晶体3、声光调q器4、耦合腔镜5、近光学主轴切割的rtp晶体6和输出腔镜7依次从左往右设置。所述半导体激光泵浦源1、全反腔镜2、nd:yag晶体3、声光调q器4、耦合腔镜5、rtp晶体6和输出腔镜7之间分别通过现有的支架或连接件连接，各部件之间留有间隙。此技术方案为本领域技术人员所熟知的现有技术，本实施例就不再加以累赘叙述了。

作为优选的，所述半导体激光泵浦源1是808nm的半导体激光器或是885nm的半导体激光器。

作为优选的，所述全反腔镜2镀的第一介质膜包括镀在全反腔镜2左面的对半导体激光泵浦源1波长808nm或885nm高透射的第一左介质膜和镀在全反腔镜2右面的对半导体激光泵浦源1波长808nm或885nm高透射的第一右介质膜，且第一右介质膜对1060到1150nm波段(重点1064nm和1096nm波段)高反射。

作为优选的，所述耦合腔镜5的第二介质膜包括镀在耦合腔镜5左面的对1064nm波长高透射的第二左介质膜和镀在耦合腔镜5右面对570nm、以及1090到1150nm波段(重点1096nm、1130nm和1149nm波段)高反射，且对1064nm波长增透射的第二右介质膜。

为使本发明结构设置更加合理，作为优选的，本实施例所述输出腔镜7左面镀对1060到1150nm波段(重点1064nm、1096nm、1130nm和1149nm)高反射，同时对570nm高透射的第三介质膜，输出腔镜7右面可以不镀膜也可以镀570nm波长的增透介质膜来减少右面的反射损耗。为了减少腔内的剩余反射损耗，nd:yag晶体3、声光调q器4和近光学主轴切割的rtp晶体6表面镀1060到1150nm波段(重点1064nm、1096nm、1130nm和1149nm)的减反介质膜，这样有利于提升激光输出功率和效率。以上介质膜采用二氧化硅和二氧化锆材料交替镀制达到预期腔镜的目的。

rtp晶体6是具有较强拉曼增益的晶体，包含271cm^-1和687cm^-1两个较强的拉曼频移。对于1064nm驱动拉曼对应的271cm^-1拉曼频移的一阶、二阶斯托克斯光波长为1096nm、1130nm；对应的687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯光波长为1149nm。该rtp晶体271cm^-1拉曼频移的二阶斯托克斯波长1130nm和687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯波长1149nm的两个光和频的相位匹配角为θ＝90°,φ＝5.5°；当rtp晶体为沿通光方向θ＝90°,φ＝5.5°的近晶体x轴光学主轴切割，使其来满足两个波长的和频。而通光方向为x轴方向θ＝90°,φ＝0°的rtp晶体具有最强的拉曼增益，所以近光学主轴切割的磷酸钛氧铷(rtp)晶体可同时作为拉曼介质和和频晶体。

本实施例rtp晶体6是沿靠近x轴方向切割，即图2中(θ＝90°,φ＝5.5°)。如果通光方向不一样，这个拉曼增益的强度也不一样，如果通光方向为x轴，拉曼增益最强，也就是拉曼转换效率最高。

本发明还提供一种拉曼混频可见激光光源实现方式：激光器本体的光路中依次设置有半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜，所述全反腔镜与输出腔镜之间构成了1064nm基频激光的振荡腔，耦合腔镜和输出腔镜构成拉曼腔；所述全反腔镜镀有对半导体激光泵浦源波长高透射的第一介质膜，所述第一介质膜同时对1060nm到1150nm波段高反射；所述耦合腔镜镀有第二介质膜，所述第二介质膜对570nm、以及1090到1150nm波段高反射，且对1064nm波段增透射；所述输出腔镜镀有第三介质膜，所述第三介质膜对1060nm到1150nm波段高反射，且对570nm波段高透射；所述nd:yag晶体、声光调q器和rtp晶体表面镀有1060nm到1150nm波段的减反介质膜；

所述rtp晶体为近光学主轴切割的磷酸钛氧铷晶体，半导体激光泵浦源输出的泵浦光透过全反腔镜泵浦nd:yag晶体，进而由nd:yag晶体产生1064nm的光子在由全反腔镜与输出腔镜组成的振荡腔内振荡形成激光，由声光调q器的对光强进行调制形成高峰值的脉冲激光驱动rtp晶体发生拉曼转换，在耦合腔镜和输出腔镜的镀膜作用下，基于rtp晶体的271cm^-1的一阶和二阶斯托克斯光，687cm^-1的一阶斯托克斯光同时在耦合腔镜和输出腔镜组成的拉曼腔内振荡，rtp晶体的通光方向角度满足基于rtp晶体的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光的和频的相位匹配角，在同一块rtp晶体内实现和频转换产生570nm的黄光激光，并由输出腔镜直接输出。

作为优选的，rtp晶体包含271cm^-1和687cm^-1两个拉曼频移；对于1064nm驱动拉曼对应的271cm^-1拉曼频移的一阶、二阶斯托克斯光波长为1096nm、1130nm；对应的687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯光波长为1149nm；该rtp晶体271cm^-1拉曼频移的二阶斯托克斯波长1130nm和687cm^-1拉曼频移的一阶斯托克斯波长1149nm的两个光和频的相位匹配角为θ＝90°,φ＝5.5°；当rtp晶体为沿通光方向θ＝90°,φ＝5.5°的近晶体x轴光学主轴切割，使其来满足两个波长的和频；而通光方向为x轴方向θ＝90°,φ＝0°的rtp晶体具有最强的拉曼增益，所以近光学主轴切割的rtp晶体可同时作为拉曼介质和和频晶体。

作为优选的，所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、近光学主轴切割的rtp晶体和输出腔镜依次从左往右设置；所述半导体激光泵浦源、全反腔镜、nd:yag晶体、声光调q器、耦合腔镜、rtp晶体和输出腔镜之间分别通过支架或连接件连接，各部件之间留有间隙。

实际应用时，利用nd:yag晶体3作为激光晶体，rtp晶体6作为非线性光学晶体同时作为拉曼介质和混频(和频)晶体，半导体激光泵浦源1输出的泵浦光透过全反腔镜，nd:yag晶体3在由全反腔镜2与输出腔镜7组成的振荡腔内振荡形成激光，由声光调q器4的作用形成高峰值的脉冲激光驱动rtp晶体6发生拉曼转换，在耦合腔镜5和输出腔镜7的镀膜作用下，基于rtp晶体6的271cm^-1的一阶和二阶斯托克斯光，687cm^-1的一阶斯托克斯光同时在耦合腔镜5和输出腔镜7组成的拉曼腔内振荡，rtp晶体6的通光方向角度满足基于rtp晶体6的271cm^-1的二阶斯托克斯光和687cm^-1的一阶斯托克斯光的和频的相位匹配角，在同一块rtp晶体6内实现和频转换产生570nm的黄光激光，并由输出腔镜7直接输出。

巧妙利用近光学主轴切割的磷酸钛氧铷(rtp)晶体同时具有较强的拉曼增益和对产生斯托克斯光之间的和频特性，实现在单块rtp晶体里面同时完成拉曼及和频过程，使得激光系统结构紧凑，产生的高转换效率的570nm黄光。结构设计合理、成本低、系统简单、工作稳定且操作方便，实用性好。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。