一种高效稳定的全固态可见光激光器

本发明涉及激光，更具体的说是涉及一种高效稳定的全固态可见光激光器。

背景技术：

1、激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点，被誉为20世纪最伟大的发现。激光器按常见的工作物质划分可分为气体激光器、固体激光器、染料激光器以及半导体激光器，其中固体激光器由于输出的能量大、峰值功率高、结构紧凑、结实耐用、价格适宜、种类丰富并且波长覆盖面较广等优点而备受关注。对于可见光激光，除了用于激光显示外，在医疗、工业、通讯、量子信息等领域也有着广泛应用。例如，在激光医疗中绿光激光可用于视网膜病变的激光手术治疗；相比于红外激光，在工业中使用可见光进行激光加工的效率更高；通讯领域中由于海水在蓝绿光波段透明度最好，因此蓝绿光激光被认为是水下通讯最好的光源。

2、采用固态增益介质获得可见光是目前应用最为广泛的手段，可通过可见光激光二极管、利用非线性光学材料对红外光进行激光倍频、基于非线性过程的光学参量振荡、掺杂稀土离子的上转换、掺杂稀土离子的直接下转换等方式获得可见光激光。在掺杂稀土离子的直接下转换获得可见光激光的方式中，镨离子(pr3+)与其他稀土掺杂离子相比由于其有丰富的激光发射谱线，且谱线的波长范围几乎覆盖了整个可见光区域而备受关注，因此对掺pr3+固体激光器研究也最为广泛。不论是有关掺pr3+固体激光器的连续输出还是调q和锁模，科研人员都对其进行了较为细致的研究。

3、随着信息化时代的发展,人们对特殊波段激光的关注越来越多,促使各国学者的研究重心往新波段优良激光器的方向转变,比如可见光波段和中红外波段。其中,可见光波段(380～780nm)激光不仅在人们日常生活中有广泛的应用(比如激光头灯、激光提示器、医学、投影仪以及数据存储方面),并且也能应用到其他很多领域(比如新一代显示技术、显微镜、可见光通讯、高端材料制备以及科研等)。2014年,诺贝尔物理学奖授予大功率蓝光led的突破,很大程度上反应了可见光激光在未来发展的重要性。诺贝尔物理学奖的成果很大程度上推动了蓝光ingan和gan激光二极管的商品化。

4、因此，如何提高固体激光器的光束质量，以满足实际应用中对高功率、高质量可见光激光的需求。同时，随着可见光激光在各个领域的应用越来越广泛，如何进一步提高其效率和稳定性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高效稳定的全固态可见光激光器，可解决实际应用中对高功率、高质量可见光激光的需求问题，以便实现高效稳定的工作。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高效稳定的全固态可见光激光器，包括：沿光路依次设置的泵浦源、聚焦系统、谐振腔输入镜、激光晶体和激光输出镜；

4、所述泵浦源发射的泵浦光依次经过所述聚焦系统、所述谐振腔输入镜，照射在所述激光晶体上，产生可见激光，经激光输出镜输出；

5、其中，所述激光晶体为pr3+掺杂氟化物晶体。

6、优先的，所述pr3+掺杂氟化物晶体，包括：

7、掺镨氟化钇锂晶体pr3+:ylif4，掺镨氟化钆锂晶体pr3+:gdlif4，或掺镨氟化镥锂晶体pr3+:lulif4，或掺镨铝酸钇晶体pr3+:yalo3。

8、优先的，所述pr3+掺杂氟化物晶体，所涉及的能级跃迁为pr3+离子的3p1→3h5，3p0→3h6，3p0→3f2，3p0→3f3，3p0→3f4，发射波长位于522nm，607nm，640nm，698nm和720nm附近，所述激光晶体两个通光端面均镀有400-800nm增透膜。

9、优先的，所述泵浦源为中心波长444nm的分布式反馈ld。

10、优先的，所述聚焦系统包含多个透镜，用于将泵浦光束聚焦至所述激光晶体内；

11、各个透镜的参数基于激光谐振腔参数进行设置，使得泵浦光与基频光的光束尺寸相匹配。

12、优先的，所述激光谐振腔为由所述谐振腔输入镜和激光输出镜组成的凹平谐振腔；

13、其中，所述谐振腔输入镜为平凹镜，凹面的曲率半径为50mm；所述激光输出镜为平平镜；

14、所述平凹镜与所述平平镜的两个光端面均镀有与输出不同波长激光的对应介质膜。

15、优先的，所述激光晶体的长度为7mm。

16、优先的，所述激光谐振腔内设置有脉冲调整器；

17、所述脉冲调整器包括：电光调q开关、声光调q开关和用于可见光波段被动调q运转的可饱和吸收体。

18、优先的，所述激光晶体放置在谐振腔的束腰最小处。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高效稳定的全固态可见光激光器，包括：沿光路依次设置的泵浦源、聚焦系统、谐振腔输入镜、激光晶体和激光输出镜；泵浦源发射的泵浦光依次经过聚焦系统、所述谐振腔输入镜，照射在所述激光晶体上，产生可见激光，经激光输出镜输出；其中，所述激光晶体为pr3+掺杂氟化物晶体。该可见光激光器，基于abcd矩阵，可计算谐振腔内束腰面积大小，实现谐振腔基频光功率密度的提升，并进一步结合pr3+掺杂氟化物晶体长度的改变，可提高固体激光器的光束质量，可使激光器能够高效稳定工作。

技术特征：

1.一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，包括：沿光路依次设置的泵浦源(1)、聚焦系统(2)、谐振腔输入镜(3)、激光晶体(4)和激光输出镜(5)；

2.根据权利要求1所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述pr3+掺杂氟化物晶体，包括：

3.根据权利要求2所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述pr3+掺杂氟化物晶体，所涉及的能级跃迁为pr3+离子的3p1→3h5，3p0→3h6，3p0→3f2，3p0→3f3，3p0→3f4，发射波长位于522nm，607nm，640nm，698nm和720nm附近，所述激光晶体两个通光端面均镀有400-800nm增透膜。

4.根据权利要求1所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为中心波长444nm的分布式反馈ld。

5.根据权利要求1所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述聚焦系统(2)包含多个透镜，用于将泵浦光束聚焦至所述激光晶体(4)内；

6.根据权利要求5所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔为由所述谐振腔输入镜(3)和激光输出镜(5)组成的凹平谐振腔；

7.根据权利要求1所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述激光晶体(4)的长度为7mm。

8.根据权利要求6所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述激光谐振腔内设置有脉冲调整器(6)；

9.根据权利要求6所述的一种高效稳定的全固态可见光激光器，其特征在于，所述激光晶体(4)放置在谐振腔的束腰最小处。

技术总结
本发明公开了一种高效稳定的全固态可见光激光器，包括：沿光路依次设置的泵浦源、聚焦系统、谐振腔输入镜、激光晶体和激光输出镜；泵浦源发射的泵浦光依次经过聚焦系统、所述谐振腔输入镜，照射在所述激光晶体上，产生可见激光，经激光输出镜输出；其中，所述激光晶体为Pr<supgt;3+</supgt;掺杂氟化物晶体。该可见光激光器，基于ABCD矩阵，可计算谐振腔内束腰面积大小，实现谐振腔基频光功率密度的提升，并进一步结合Pr<supgt;3+</supgt;掺杂氟化物晶体长度的改变，可提高固体激光器的光束质量，可使激光器能够高效稳定工作。

技术研发人员：张首焱,王树贤,于浩海,张怀金
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15