蓝光泵浦产生639、721nm双波长激光的方法和装置

1.本发明属于可见光激光领域，更具体地，涉及蓝光泵浦产生639、721nm双波长激光的方法和装置。


背景技术：

2.随着蓝光半导体技术的不断发展，可见光激光器的研究成为一个重要的课题。
3.可见激光器被广泛应用于医疗诊断和治疗、激光显示、自由空间光通信以及深海和大气测量等领域。如在医疗上，视网膜色素上皮细胞对绿光的吸收性很强，绿光激光可以用于视网膜病变的激光手术治疗；波长在590nm附近的黄色激光因为血红蛋白对其吸收性高，在治疗鲜红斑痣、皮肤血管瘤方面有良好的效果。在通讯上，由于海水在蓝绿光波段透明度最好，蓝绿光激光被认为是水下通信最好的光源。可见光激光器目前主要通过以下几种途径来实现：可见光激光二极管、基于非线性过程的倍频以及光学参量振荡器、掺杂稀土离子的可见光上转换和下转换激光器。而ld不易产生大能量或超快激光，倍频激光器依赖非线性过程，上转换技术机理较复杂，其效率与倍频激光器相比并没有明显优势。而以掺pr激光器为代表的下转换可见光激光器可以高效的产生蓝光、绿光、橙光、红光和深红光激光，避免了倍频晶体的使用，稳定性好，腔体结构紧凑，且有条件实现全光纤化，吸引了许多研究者的目光。
4.2021年，厦门大学蔡志平教授课题组报道通过倾斜晶体和插入不同厚度的标准具，实现了670nm左右的多波长激光振荡。通过略微倾斜pr:ylf晶体来调节腔内损耗，在双波长670.1/674.8nm处获得了最大输出功率2.52w。采用布氏角插入厚度为100μm的标准具，获得了675.0/679.4的双波长激光，最大输出功率为1.80w，最大斜率效率为34.1％。通过垂直插入厚度为200μm的标准具，并微调倾斜，获得了670.1/679.1nm的双波长激光，最大输出功率为0.36w。同时，报道了通过倾斜晶体获得670.4/674.8/679.4nm的三波长激光，输出功率为1.78w。通过插入两个厚度为100μm以及厚度为150μm的标准具得到了672.2/674.2/678.6nm的三波长激光，最大输出功率为0.84w。(lin x,feng q,zhu y,et al.diode-pumped wavelength-switchable visible pr 3+:ylf laser and vortex laser around 670nm[j].opto-electronic advances,2021,4(4):210006-1-210006-8.)2022年，该组又报道了基于低掺杂pr3+:ylf晶体的半导体激光二极管泵浦604nm连续波激光器。在604nm处，最大输出功率为3.28w，总斜效率为34.2％。此外，通过调节晶体的热透镜效应实现了604和607nm的双波长激光，此过程无需任何额外的波长选择元件。通过该方法获得了604和607nm的双波长激光器，最大输出功率为3.30w(lin x,ji s,feng q,et al.heat-induced wavelength-switchable high-power cw orange pr3+:ylf lasers[j].journal of luminescence,2022,243:118627.)。
[0005]
然而，目前实现双波长连续波运转的波段还不包括639nm和721nm。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种蓝光泵浦产生639、721nm双波长激光的方法和装置，其目的在于可以有效弥补双波长可见光激光器在639nm和721nm处的空白。
[0007]
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种蓝光泵浦产生639、721nm双波长激光的方法，包括：
[0008]
采用蓝光泵浦源产生蓝光，通过4f系统，准直聚焦至位于谐振腔内的工作晶体上，产生639nm和721nm双波长激光输出；
[0009]
其中，所述工作晶体设置在所述谐振腔的光腰处，所述谐振腔为临界腔，对639nm和721nm的透射率为3％-7％；所述谐振腔的输出镜表面法线与入射光线的夹角满足：由该夹角所影响的639nm和721nm处因菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，能够使得所述谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率比值为1；所述蓝光泵浦源的泵浦光功率大于所述阈值泵浦功率；所述4f系统满足：聚焦至所述工作晶体上的光束平均光斑小于工作光平均光斑。
[0010]
进一步，所述方法还包括：在所述双波长激光的出射过程中，通过扰动所述夹角，控制639nm和721nm激光在输出光中的占有比例。
[0011]
进一步，在639nm和721nm双波长激光产生过程中，对所述工作晶体以及所述蓝光泵浦源中的蓝光发生单元均进行水冷散热处理，水冷温度设置为15℃。
[0012]
进一步，所述谐振器的输入镜为平面镜，所述谐振器的输出镜为凹面镜。
[0013]
进一步，所述工作晶体的中心与所述4f系统中的球面聚焦镜f2焦点重合。
[0014]
进一步，所述谐振腔的输入镜在所述工作晶体吸收峰波段透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，所述谐振腔的输出镜为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～750nm处的透射率为3％，所述谐振腔的腔长为100mm，所述谐振腔的输入镜和输出镜的基底为bk7玻璃；
[0015]
则所述谐振腔输出镜表面法线与入射光线的夹角为7.5
°
。
[0016]
本发明还提供一种蓝光单管泵浦产生639、721nm正交偏振双波长激光的装置，包括：蓝光泵浦源，4f系统，谐振腔，以及工作晶体；所述工作晶体设置在所述谐振腔的光腰处，所述谐振腔为临界腔，对639nm和721nm的透射率为3％-7％；
[0017]
所述蓝光泵浦源用于产生在所述工作晶体吸收峰波段内的蓝光；所述4f系统用于将所述蓝光准直聚焦至所述工作晶体上；所述工作晶体在所述谐振腔内产生639nm和721nm双波长激光，并经所述谐振腔的输出镜输出；其中，所述谐振腔的输出镜表面法线与入射光线的夹角满足：由该夹角所影响的639nm和721nm处因菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，能够使得所述谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率比值为1；所述蓝光泵浦源的泵浦光功率大于所述阈值泵浦功率；所述4f系统的设置满足：聚焦至所述工作晶体上的光束平均光斑小于工作光平均光斑。
[0018]
进一步，还包括：水冷装置，用于，对所述工作晶体以及所述蓝光泵浦源中的蓝光发生单元进行水冷散热处理。
[0019]
进一步，所述谐振腔的输入镜在所述工作晶体吸收峰波段透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，所述谐振腔的输出镜为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～
750nm处的透射率为3％，所述谐振腔的腔长为100mm，所述谐振腔的输入镜和输出镜的基底为bk7玻璃；
[0020]
则所述谐振腔输出镜表面法线与入射光线的夹角为7.5
°
。
[0021]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0022]
(1)本发明方法采用4f系统和谐振腔结合，4f系统用于将蓝光泵浦源产生的蓝光准直聚焦至位于谐振腔内的工作晶体上，聚焦至工作晶体上的光束平均光斑小于工作光平均光斑，由于4f的系统存在，可以灵活调整实际空间设置和聚焦要求，能够使注入工作晶体中的泵浦光和工作光实现良好的模式匹配，优化斜效率；另外，谐振腔为临界腔，对639nm和721nm的透射率为3％-7％；谐振腔的输出镜表面法线与入射光线的夹角满足：由该夹角所影响的639nm和721nm处因菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，能够使得所述谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率比值为1，在蓝光泵浦源的泵浦光功率大于上述阈值泵浦功率下，实现639nm和721nm双波长出射，有效弥补双波长可见光激光器在639nm和721nm处的空白。
[0023]
(2)本发明采用准直聚焦系统，提高了泵浦效率，提高了输出光的功率。本发明采用准直聚焦系统将泵浦光聚焦于工作物质中心，工作物质紧靠输入平面镜以实现泵浦光和工作光的最佳模式匹配，提高泵浦效率。同时，本发明拥有较高的输出光束质量。本发明采用准直聚焦系统，改善了泵浦光的光束质量，同时，通过调整谐振腔两镜的相对位置、倾斜角度，对输出光束质量进行改善，因此，本发明改善了传统蓝光泵浦可见光系统中由于谐振腔参数设计不完善导致的输出光光束质量较差的情况。
[0024]
(3)本发明采用特殊镀膜平面镜、凹面镜作为谐振腔，其中，谐振腔的输入镜在工作晶体吸收峰波段透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，谐振腔的输出镜为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～750nm处的透射率为3％，谐振腔的腔长为100mm，谐振腔的输入镜和输出镜的基底为bk7玻璃；谐振腔输出镜表面法线与入射光线的夹角为7.5
°
。实现了639nm和721nm处双波长运转。
附图说明
[0025]
图1为本发明实施例提供的一种蓝光泵浦产生639、721nm正交偏振双波长激光的装置；
[0026]
图2为本发明实施例提供的谐振腔结构图；
[0027]
图3为本发明实施例提供的准直聚焦系统示意图；
[0028]
图4为本发明实施例提供的pr：ylf晶体水冷块的结构示意图；
[0029]
图5为本发明实施例提供的蓝光单管水冷板的结构示意图。
[0030]
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
[0031]
1为直流稳压电源，2为通水冷铜基板，3为蓝光单管，4为非球面聚焦镜，5为球面聚焦镜f1，6为球面聚焦镜f2，7为输入平面镜，8为晶体水冷模块，9为pr：ylf晶体，10为输出耦合镜，11为长波通滤光片，12为偏振分束器，13为铟箔，14、15、16、17均为水冷管，18、19均为水冷管三通头，20为水冷机。
具体实施方式
[0032]
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]
实施例一
[0034]
一种蓝光泵浦产生639、721nm正交偏振双波长激光的方法，包括：
[0035]
采用蓝光泵浦源产生蓝光，通过4f系统，准直聚焦至位于谐振腔内的工作晶体上，产生639nm和721nm双波长激光输出；
[0036]
其中，工作晶体设置在谐振腔的光腰处；谐振腔为临界腔，易于双波长激光同时输出，对639nm和721nm的透射率为3％-7％；谐振腔的输出镜表面法线与入射光线的夹角满足：由该夹角所影响的639nm和721nm处因菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，能够使得所述谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率比值为1；在计算阈值泵浦功率时，所用的639nm对应的腔内往返损耗取值为由菲涅尔反射造成的对p波的损失，所用的721nm对应的腔内往返损耗取值为由菲涅尔反射造成的对s波的损失；蓝光泵浦源的泵浦光功率大于阈值泵浦功率；4f系统满足：聚焦光束平均光斑小于工作光平均光斑。
[0037]
该方法是针对蓝光发生单元(如蓝光单管)直接产生639nm、721nm双波长可见光，对应的可见光激光器结构包括蓝光泵浦源、准直聚焦系统(即4f系统)、谐振腔以及工作物质。
[0038]
优选地，谐振腔的输入镜为平面镜，在工作晶体吸收峰波段透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，谐振腔的输出镜为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～750nm处的透射率为3％，谐振腔的腔长为100mm，谐振腔的输入镜和输出镜的基底为bk7玻璃；在这种谐振腔设计下，根据谐振腔的输出镜表面法线与入射光线的夹角满足：由该夹角所影响的639nm和721nm处因菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，能够使得所述谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率比值为1，计算处谐振腔输出镜表面法线与入射光线的夹角为7.5
°
。当然在双波长出射过程中，通过以微小的扰动调节输出镜的倾斜角度，可以控制639nm和721nm激光在输出光中的占有比例。
[0039]
优选地，在639nm和721nm双波长激光产生过程中，工作晶体以及所述蓝光泵浦源中的蓝光单管均进行水冷散热处理，水冷温度设置为15℃，以控制蓝光的波长漂移。
[0040]
优选地，谐振器的输入镜为平面镜，谐振器的输出镜为凹面镜，便于谐振器的调节。
[0041]
优选地，工作晶体的中心与4f系统中的球面聚焦镜f2焦点重合。以实现泵浦光最大程度的被晶体吸收，进一步提高倍频效率。
[0042]
为了实现上述方法并使得上述方法更加清楚，现给出一套装置并对上述方法做相关说明：
[0043]
一种蓝光泵浦产生双波长连续波激光的激光器装置，如图1所示，包括：直流稳压电源1，通水冷铜基板2，蓝光单管3，非球面聚焦镜4，球面聚焦镜f15，球面聚焦镜f26，输入平面镜7，晶体水冷模块8，pr：ylf晶体9，输出耦合镜10，长波通滤光片11，偏振分束器12，铟箔13，水冷管14、15、16、17，水冷管三通头18、19，水冷机20。其中，直流稳压电源1、和蓝光单
管3构成一个蓝光泵浦源，非球面聚焦镜4、球面聚焦镜f15、球面聚焦镜f26构成一个4f系统，输入平面镜7和输出耦合镜10分别作为谐振腔的输入镜和输出镜，构成谐振腔。
[0044]
直流稳压电源1用于产生直流电流给蓝光单管3提供泵浦；通水冷铜基板2用于给蓝光单管3提供水冷；蓝光单管3用于产生444nm蓝光给pr：ylf晶体9提供泵浦；非球面聚焦镜4用于给蓝光单管3的出射蓝光进行光束聚焦；球面聚焦镜f15用于给经过非球面聚焦镜4的聚焦光束进行准直；球面聚焦镜f26用于给经球面聚焦镜f15准直的光进行聚焦；输入平面镜7用于组成谐振腔，输入泵浦光，维持工作光振荡；晶体水冷模块8用于给工作晶体pr：ylf晶体9提供水冷；pr：ylf晶体9用于作为双波长激光器的工作物质；输出耦合镜10用于组成谐振腔，输出工作光；长波通滤光片11用于滤除出射光中没有被晶体吸收的蓝光；偏振分束器12用于分离开639nm，721nm双波长出射光；铟箔13用于包裹pr：ylf晶体9，提高水冷效率；水冷管14、15、16、17用于对通水冷铜基板2和所述晶体水冷模块8通水；水冷管三通头18、19用于将通水冷铜基板2和晶体水冷模块8的水冷管转接为一管；水冷机20用于为蓝光单管3和pr：ylf晶体9提供水冷；
[0045]
进一步的，如图2所示，输入平面镜7、pr：ylf晶体9、输出耦合镜10三部分协同旨在完成激光的振荡加强，稳定出射639nm、721nm双波长激光。输入平面镜7在444nm处透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，输出耦合镜10为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～750nm处的透射率约为3％(可在3％～7％内选择)，两镜构成激光谐振腔，腔长为100mm，基底都为bk7玻璃，尺寸都为一英寸且都安装在三维调节架上，调节输出耦合镜10的倾斜角θ，以调节谐振腔在639nm和721nm处的损耗，当激光谐振腔在639nm和721nm处的阈值泵浦功率相同时，两束光同时出射，不考虑激发态吸收，双波长操作中两个跃迁波长的阈值比值可以表示为：
[0046][0047]
其中，p
th,1
为谐振腔在639nm处的阈值泵浦功率，p
th,2
为谐振腔在721nm处的阈值泵浦功率,r
1,2
分别为输出镜在639nm和721nm处的反射率，r1＝r2＝0.97，σ
1,2
是pr:ylf晶体在639nm和721nm处的受激辐射截面大小:σ1＝22.3*10-20
cm2，σ2＝17.8*10-20
cm2，l
1,2
为639nm和721nm处由菲涅尔反射引起的腔内往返损耗大小，与入射角以及电场极化有关。双波长操作中两个跃迁波长639nm和721nm分别为σ偏振以及π偏振，分别对应p波和s波，由菲涅尔反射造成的对p波和s波的损失可以表示为：
[0048]
l
p
＝r
p
(n,θ)+[1-r
p
(n,θ)]
·rp
(1/n,sin-1
(sinθ/n))；
[0049]
ls＝rs(n,θ)+[1-rs(n,θ)]
·rs
(1/n,sin-1
(sinθ/n))；
[0050]
其中，n是凹面镜和空气的折射率之比，θ为入射光线与输出耦合镜10表面法线的夹角。因此，在输入平面镜7在444nm处透射率为99.7％，在500～750nm处反射率为99.5％，输出耦合镜10为曲率半径为100mm的凹面镜，且在500～750nm处的透射率约为3％(可在3％～7％内选择)，两镜构成激光谐振腔，腔长为100mm，基底都为bk7玻璃的硬件设计下，精确计算满足两个跃迁波长的阈值比值为1的输出耦合镜10的倾斜角θ为7.5
°
。
[0051]
此时，输出耦合镜10的倾斜角θ满足γ＝1时，639nm和721nm跃迁的阈值相同，产生双波长激光。
[0052]
关于本实施例方法原理，阐述如下：
[0053]
若不考虑激发态吸收，四能级连续激光器的激光阈值可以表示为
[0054][0055]
其中，hv
p
是泵浦光子能量，l是激光器腔内往返损l＝δr+δd＝0.0152，r是输出镜反射率，σe是受激辐射截面，τf是激光上能级荧光寿命，ε
p
表示到达激光上能级的粒子数占吸收泵浦光子数的比例，对于pr:ylf可以假设此项为1。ηa是泵浦光的吸收效率:ηa＝1-exp(-α
·
l)，其中，α是激光介质对泵浦光的吸收系数，l是激光介质的长度。
[0056]
本实施例设置激光介质pr:ylf晶体的长度l＝5mm，掺杂浓度为0.5a.t.％，密度为3.99g/cm3，摩尔质量为阿伏伽德罗常数为na＝6.02
×
10
23
/mol，格位浓度n计算如下：
[0057][0058]
由α＝σ*n，其中σ为吸收截面，设置为9
×
10-20
cm2，计算得α＝6.282cm-1
。
[0059]
ηa＝1-exp(-α
·
l)＝0.957；
[0060]
s表示在增益介质内泵浦光模式和激光模式在横截面上的积分项，对于端面泵浦并假设泵浦光、激光都为高斯光束的条件下，s可以近似写成：
[0061][0062]
其中，ω0、ω
p
分别是在增益介质内的泵浦光、激光模式的平均光斑半径。
[0063]
设置腔长ld＝100mm，输入平面镜、耦合输出镜直径为一英寸，耦合输出镜曲率半径为100mm，此时取为s＝0.0255mm2。
[0064]
若不考虑激发态吸收，端面泵浦四能级连续激光器的斜效率可以表示为：
[0065]
η
slope
＝ηaηsε
p
ηmηc；
[0066]
ηs＝λ
p
/λ
l
；
[0067][0068]
其中，ηs是stokes因子，ηm为模式交叠效率，ηc为输出耦合效率，λ
p
为泵浦光波长，λ
l
为激光波长。
[0069]
本实施例泵浦光波长为444nm，受激辐射截面为20
×
10-20
cm2，激光上能级荧光寿命为50μs，则：
[0070][0071]
η
slope
＝ηaηsε
p
ηmηc＝0.377；
[0072]
本实施例中蓝光单管3额定输出功率为4w，满足泵浦条件，谐振腔可以实现激光出
射，且斜效率可以达到37.7％。
[0073]
当输出耦合镜倾斜角度满足θ＝7.5
°
，639nm和721nm跃迁的阈值相同，即γ＝1，产生双波长激光。
[0074]
进一步的，非球面聚焦镜4、球面聚焦镜f15、球面聚焦镜f26组成光束准直聚焦系统，各镜相对位置如图3所示，旨在将蓝光单管输出的泵浦光准直聚焦到晶体中。其中，非球面聚焦镜4焦距为16mm，球面聚焦镜f15焦距为100mm、球面聚焦镜f26焦距为75mm，非球面聚焦镜4与球面聚焦镜f15共焦点，即两镜距离为116mm，经过准直聚焦系统光束可以聚焦为大小40*40μm2的光斑，模式交叠效率提升，模式匹配效率可以达到100％。pr：ylf晶体9中心与球面聚焦镜f26焦点重合同时紧靠输入平面镜7以实现最佳模式匹配，且pr：ylf晶体9掺杂浓度为0.5.at.％，大小为3*3*5mm，a切，通光端面镀蓝光波段高透膜。
[0075]
进一步的，直流稳压电源1为深圳市固测电子科技有限公司生产，型号nps605w，0-60w/5a。
[0076]
进一步的，通水冷铜基板2为黄铜材质，如图5所示，铜板侧面上下方位置打通两条水冷通道，蓝光单管利用小贴片固定在水冷板上，旨在对蓝光单管进行水冷，水冷机温度设置为15℃。
[0077]
进一步的，蓝光单管3为日亚蓝光激光二极管组nubm06e中单管，额定输出功率4w，最大工作电流3.5w，最大工作电压4.9v(恒定电流2.5a时)，快轴发散角0.4
°
，慢轴发散角0.1
°
，波长范围为440～450nm，利用波长控制技术，实验条件下中心波长为444nm。
[0078]
进一步的，晶体水冷模块8为黄铜材质，如图4所示，中心为3.1*3.1*10mm通孔，用于放置pr：ylf晶体9，晶体水冷模块8中含有u型水冷通道，对pr：ylf晶体9进行水冷，水冷机温度设置为15℃。
[0079]
进一步的，长波通滤光片11截至波长为480nm，按出光方向放置于输出耦合镜10后方，用于滤去未被pr：ylf晶体9吸收的泵浦光。
[0080]
进一步的，偏振分束器12工作波长为620nm-1000nm，表面镀有增透膜，消光比(tp:ts):》1000:1，一束偏振光垂直入射到所述偏振分束器12，传输到偏振分光膜时，光束分为两束，一束s偏振光反射，一束p偏振光透射。
[0081]
进一步的，铟箔13用于包裹pr：ylf晶体9，提高水冷效率。
[0082]
进一步的，水冷管14、15、16、17用于对通水冷铜基板2和晶体水冷模块8通水，水冷管直径为6mm。
[0083]
进一步的，水冷管三通头18、19用于将通水冷铜基板2和晶体水冷模块8的水冷管转接为一管。
[0084]
进一步的，水冷机20用于为蓝光单管3和pr：ylf晶体9降温，提供50w/℃散热量。
[0085]
该方法是先利用蓝光泵浦源发出中心波长位于工作晶体吸收峰内的蓝光，同时，蓝光发生单元需要冷却处理，控制其波长漂移；然后，再利用非球面聚焦镜、球面聚焦镜f1、球面聚焦镜f2组成的光束准直聚焦系统对光束进行准直聚焦，使泵浦光聚焦为大小为45*75um2的光斑(小于工作光平均光斑)以满足泵浦条件，此光斑位于工作晶体(pr：ylf晶体)中心，在泵浦光的作用下，工作晶体实现粒子数反转，同时，工作晶体9紧靠谐振腔输入平面镜放置，以保证泵浦光光腰与谐振腔的光腰满足最佳匹配关系，且有较高的模式交叠效率，进一步的，这种放置方法有利于激光出射。谐振腔的输出耦合镜与输入平面镜距离为
100mm，谐振腔为临界腔，易于双波长激光同时出射；缓慢调节输入平面镜与输出耦合镜的相对位置以使工作光获得的增益大于损耗，满足双波长出射条件，获得639nm、721nm双波长激光，可利用长波通滤光片滤去未被晶体吸收的泵浦光，利用偏振分束器可以将639nm、721nm双波长激光分离开；水冷系统为蓝光发生单元(如蓝光单管)和工作晶体进行散热。
[0086]
本实施例将安装在水冷黄铜块上的蓝光单管发出的中心波长为444nm的蓝光经过准直聚焦系统后入射到工作晶体中心对工作物质提供泵浦；输入镜紧靠工作物质以实现最佳模式匹配，输出镜与输入镜距离100mm，选择临界腔有利于双波长激光的出射，缓慢调节入射光线与入射平面法线的夹角，当夹角为7.5
°
时，双波长激光出射；出射激光经过长波通滤光片滤去未被晶体完全吸收的泵浦光然后经过偏振分束器将两束偏振垂直的光分离开；在双波长出射过程中，通过调节输出耦合镜10的倾斜角度可以控制639nm和721nm激光在输出光中的占有比例。本实施例正是利用各个组件之间的整体配合以及对元件参数的调整，得到的639nm，721nm双波长连续波激光器装置及方法，既可以实现泵浦光中心波长稳定位于工作物质吸收峰内，泵浦光聚焦于工作物质中心，提高泵浦效率。谐振腔的设计能实现模式匹配和波长选择，从而提高模式转换效率且实现稳定双波长639nm，721nm连续激光输出。
[0087]
本发明利用一个输入平面镜和一个曲率半径为100mm的耦合输出凹面镜组成激光谐振腔，腔长为100mm即此腔为临界腔，泵浦光对工作物质pr:ylf进行泵浦，工作光在腔内实现振荡增强，耦合输出镜输出工作光。本发明对平面输入镜和耦合输出凹面镜的透镜参数以及相对位置进行了优选设计，进一步给出了对特定波长具有特定透射率、折射率的透镜，并且，控制工作物质位于准直聚焦系统的焦点上，输入平面镜紧靠工作物质以实现泵浦光和工作光的最佳模式匹配，提高泵浦效率，同时，对耦合输出镜的倾斜角度进行调整，以实现双波长连续光出射。
[0088]
上述实施例是以焦距分别为16mm、100mm、75mm的准直聚焦系统为例，当改变准直聚焦系统透镜的焦距时，同理，也能实现双波长运转；此时，泵浦光功率大于阈值功率，即p
p
》p
th
，满足双波长出射条件：
[0089]
本发明适用于任意准直聚焦透镜参数的蓝光泵浦639nm，721nm双波长激光器，相应的，本发明所需要使用到的蓝光单管、输入镜、耦合输出镜、pr:ylf晶体、偏振分束器等组件，在实际应用中均可根据准直聚焦系统的焦距及谐振腔的曲率半径，参考相关现有技术获得；蓝光单管的出光功率、谐振腔元件参数、pr:ylf晶体的参数及大小都可以基于本发明中的原理进行调整，只要工作光束腰可以实现与泵浦光的模式匹配即工作光平均光斑大于聚焦光束平均光斑且满足泵浦条件即可；同时，pr:ylf晶体位于准直聚焦系统焦点处，泵浦光束腰与工作光束腰都落在pr:ylf晶体上。本发明中所采用的其他各种光学器件及光学组成，除特别说明的外，均可采用市售商品，或是可基于相关现有技术构建；例如，本发明所采用的部分反射膜就可参照相关现有技术构建。整体上，本发明对蓝光半导体泵浦pr:ylf晶体的方法以及装置中各个组件的结构参数，腔镜的曲率半径、反射率、倾斜角等进行调整，同时对相应激光器整体光路及出光波长进行调控。
[0090]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。