专利名称：大功率全固态红、黄、蓝光激光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光器，特别是涉及一种大功率全固态红、黄、蓝光激光装置。
背景技术：
通常激光器同时发射多种波长的激光，例如中国专利申请号981028314，实用新型名称为“一种同时输出红、绿、蓝三元色的激光器”它是在两块谐振腔镜内或外顺序安放1-3块光学超晶格晶体，泵光安置在一块谐振腔镜前方做成的；其中所述的光学超晶格晶体是作为参量介质和耦合参量介质。利用光学超晶格材料的非线性效应来得到和频、差频或参量输出，它利用腔镜镀膜来选择入射到光学超晶格材料中的谱线。但由于只使用了1064nm的荧光，且多次利用非线性光学效应因而效率比较低。如果要同时利用946nm和1064nm的荧光，由于946nm和1064nm波长接近，镀膜(如946nm高反、1064nm和1319nm高透)比较困难，而且1064nm谱线的发射截面是946nm谱线的十倍以上，946nm的谱线的起振很容易被抑制，所以说传统装置对腔镜和晶体的镀膜提出了很高的要求。而且，传统装置由于镀膜的限制，只能使单一谱线起振，无法使两条或三条谱线同时起振。所以，在要用全固态激光器得到某些波长，如黄光激光输出时，现有技术往往需要采用两台以上激光器；如文献1T.H.Jeys等人1991年在The LincolnLaboratory Journal上发表了“Development of a mesospheric sodium laser beaconfor astronomic adaptive optics”中所述它是采用两台激光器分别出基频光，即由一台激光器输出1064nm，另一台激光器输出1319nm，然后和频出黄光(589nm)。该装置结构复杂，而仅仅只能输出单一黄光(589nm)。
利用半导体激光器(LD)泵浦固体增益介质，开发的高效率、大功率全固态可见光激光器件具有结构紧凑、寿命长、效率高等优点，可应用于工业、科研、医疗、军事、显示等领域，近年来成为激光领域最为活跃且最具前景的方向之一。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有激光器的缺点，在已有YAG激光器由于它的三条谱线(946nm、1064nm、1319nm)比较接近，在谐振腔镜上镀膜很难实现单一谱线(如946nm)的起振，而且不能任意控制或选择谱线起振。为了实现高效率大功率红、黄、蓝光激光输出，本实用新型采用棱镜调谐来改变传统装置光路中通过腔镜镀膜控制谱线起振的目的，这样既能控制单一偏振光输出，还可任意选择两种或红、黄、蓝光三种激光同时输出，又克服了原有技术镀膜困难的缺点，可获得946nm、473nm、589nm、660nm的激光输出，从而提供一种广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗等领域的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的一种大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，包括泵光、谐振腔镜、一块激光晶体和一块非线性光学晶体；其特征是还包括一块或2块以上调谐棱镜，棱镜按布氏角放置；其中泵光安置在一块谐振腔镜的前方或激光晶体的侧面、两个谐振腔镜之间的光路上依次安置非线性光学晶体、调谐棱镜和激光晶体。其中调谐棱镜固定在可调谐角度的水平转台上，其他光学元件安装在可调谐角度的光学平台上。
所述的谐振腔镜是两块或两块以上，其中两块谐振腔镜放在棱镜分光后的三束光中的两束光的输出光路上，谐振腔镜的具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。
所述的谐振腔镜可以是三块，其中谐振腔镜放在棱镜分光后的三束光的输出光路上，谐振腔镜的具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。
还包括一复合腔镜，该复合腔镜安置在调谐棱镜与非线性光学晶体之间的光路上；所述的复合腔镜为平镜。形成单通或双通倍频或和频光路。前面有一块谐振腔镜时为双通倍频或和频。
还包括在激光晶体与复合腔镜或激光晶体与调谐棱镜之间安置Q开关，以产生准连续红、黄、蓝光输出。所述Q开关可以用电光Q开关、声光Q开关、声光锁模装置。
所述的泵光源是半导体激光器(LD)，例如半导体激光器；该半导体激光器可以放在一块谐振腔镜端面的正前方或侧前方，泵光入射到谐振腔镜的入射镜上或激光晶体的侧面进行泵浦。
所述的激光晶体是掺钕钇铝石榴石(NdYAG)或钇铝石榴石(YAG)或掺铝钒酸钇(NdYVO4)；利用半导体激光器(LD)泵浦激光晶体产生946nm、1064nm和1319nm的荧光。
所述的调谐棱镜是布儒斯特角棱镜(布氏角棱镜)或其它棱镜。
所述的调谐棱镜包括2块，调谐棱镜按布氏角紧密放置。
所述的调谐棱镜包括3块，三块棱镜放在激光晶体的输出光路上，其中两块调谐棱镜按1064nm的激光布氏角放置，第三块棱镜的顶角安置在1064nm和1319nm的激光的输出方向中间所述谐振腔镜可以是平镜、平凹镜、平凸镜、光栅、法布里-珀罗(F-P)标准具。
所述的非线性光学晶体包括三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(BBO)、铌酸钾(KNbO3)、钛氧磷酸钾(KTP)、周期性极化钛氧磷酸钾(PPKTP)、周期性极化钽酸锂(PPLT)、周期性极化铌酸锂(PPLN)；或其它非线性光学晶体以及光学超晶格晶体。
当半导体激光器泵浦YAG激光晶体产生946nm、1064nm和1319nm的荧光，荧光经过一块或两块布氏角棱镜分光后，三种荧光被分开，其出射方向不同，选择其中1319nm的谱线使之在腔内起振，再用非线性光学晶体作倍频晶体，另外两种谱线自然被抑制而无法在腔内起振，就可输出660nm的红光。还包括在调谐棱镜与非线性光学晶体之间的光路上安置一复合腔镜的结构，以实现双通倍频提高非线性光学晶体转换效率，得到红光输出。第二种，当选择其中946nm的谱线使之在腔内起振，再用非线性光学晶体作倍频晶体，就可输出473nm的蓝光。第三种，当选择其中1064nm和1319nm的谱线使之在腔内起振，再用非线性光学晶体作和频晶体，就可输出589nm的黄光。当三种荧光自然被分开，分别使946nm、1064nm和1319nm的谱线使之在腔内起振，再用非线性光学晶体，使946nm、1319nm的激光产生倍频并使1064nm和1319nm的激光和频，就可同时输出473nm、589nm和660nm的红、黄、蓝三色激光。
本实用新型的优越性本实用新型的全固态红、黄、蓝光激光装置由一块或几块棱镜、一块非线性光学晶体、一块激光晶体、谐振腔镜、泵光组成的，其非线性光学晶体置于棱镜的输出光路上，激光晶体安置在棱镜和谐振腔镜之间，泵光由侧面或端面泵浦NdYAG，产生的三种波长的荧光经过棱镜时被分开，调节腔镜使一种或几种波长的荧光起振，则其它波长的荧光由于不能产生谐振而自然被抑制。本实用新型还可以任意选择两种波长的荧光使其产生谐振，同时自然抑制另外一种波长的荧光使其不能产生谐振(图6)。本实用新型还可以使三种荧光同时起振(图7)，从而实现了在一台激光器中同时产生三种基频光及其和频、倍频光。
本实用新型提供的一种大功率全固态红、黄、蓝光激光装置采用棱镜与两个腔镜组成单通或双通倍频光路，克服了原有技术难于镀膜和难于抑制1064nm荧光起振的缺点，并且结构简单，其功率可达几瓦至几十瓦，实现了高效、大功率的红、黄、蓝光输出，广泛适用于连续波、准连续波，为高效率的复合腔双通倍频技术实用化开辟了广阔的前景，可广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗等领域。
图1是大功率全固态蓝光激光装置的光路图(连续波)图2是大功率全固态蓝光激光装置的光路图(准连续波)图3是大功率全固态蓝光激光装置的光路图(连续波)图4是大功率全固态红光激光装置的光路图(连续波)图5是大功率全固态黄光激光装置的光路图(准连续波)图6是大功率全固态红、黄光激光装置的光路图(连续波)图7是大功率全固态红、黄、蓝光激光装置的光路图(连续波)图面说明1，6，12，14-谐振腔镜； 2-非线性光学晶体；3，9，11-棱镜； 4-泵光；5-激光晶体； 7-复合腔镜；8-Q开关；10，13-法布里-珀罗(F-P)标准具具体实施方式
实施例1按照图1的光路制作一台全固态蓝光激光器，激光晶体NdYAG被半导体激光器端面泵浦后，产生946nm、1064nm和1319nm的荧光，此三种波长的荧光在经过棱镜组(3)、(9)时被分开，经过PPKTP或BBO晶体后达到腔镜(1)，调节腔镜(1)使946nm的荧光原路返回产生谐振，而1064nm和1319nm的荧光则不能原路返回形成谐振，这样，就巧妙地抑制了大发射截面的1064nm和1319nm谱线起振。腔镜(1)选用平镜，一面镀946nm、473nm的高反膜，腔镜(6)选用平凹镜，凹面镀946nm全反膜；一块非线性光学晶体(2)选用BBO或PPKTP晶体，BBO的切割角为θ＝25°，PPKTP的极化周期为6.2μm，放在谐振腔镜(1)和布氏角棱镜(3)之间，将946nm波长的激光倍频成为473nm的蓝光；一块棱镜(3)选用顶角为69.1°的布氏角棱镜按布氏角放置；一块激光晶体(5)选用NdYAG放在布氏角棱镜(3)和谐振腔镜(6)之间。的半导体激光器(LD)作为泵光(4)安置在谐振腔镜(6)的后面从端面泵浦激光晶体(5)。
调节谐振腔镜(1)和(6)使946nm的荧光起振，则在布氏角棱镜(3)处输出473nm的连续蓝光。
实施例2按图2的光路图建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出准连续蓝光，腔镜(1)选用平凸镜，其平凸镜的凸面镀上946nm、473nm全反膜，腔镜(6)选用平凹镜，该平凹镜的凹面镀上946nm全反膜；一块非线性光学晶体(2)选用周期性极化钛氧磷酸钾晶体，其极化周期为6.2μm，放在谐振腔镜(1)和布氏角棱镜(3)之间，将946nm波长的激光倍频成为473nm的蓝光；两块顶角为69.1°的布氏角棱镜(3)、(9)按布氏角放置；一块NdYAG激光晶体(5)放在布氏角棱镜(9)和声光Q开关(8)之间；Q开关(8)放在谐振腔镜(6)的前面，用于产生准连续激光；的半导体激光器(LD)作为泵光(4)安置在激光晶体(5)的侧面。非线性光学晶体(2)还可以用PPLT、PPLN等。
调节谐振腔镜(1)和(6)使946nm的荧光起振，则在布氏角棱镜(9)处输出473nm的准连续蓝光。
实施例3按图3的光路建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出连续波蓝光，与实施例1光路相同，只是泵浦方式不同，本实施例采用侧面泵浦方式。
调节谐振腔镜(1)和(6)使946nm的荧光起振，则在布氏角棱镜(3)处输出473nm的连续蓝光。
实施例4按图4建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出红光，腔镜(1)选用平镜，一面镀1319nm高反膜、660nm部分透过，透过率为10％，腔镜(6)选用平凹镜，凹面镀1319nm全反膜和的增透膜，平面镀的增透膜；一块复合腔镜(7)选用平镜，双面镀1319nm高透膜，靠近LBO的一面镀660nm高反膜；一块非线性光学晶体(2)选用LBO，其切割角为θ＝4.2°，φ＝0°放在谐振腔镜(1)和复合腔镜(7)之间，将1319nm波长的激光倍频成为660nm的红光；一块顶角为69°的布氏角棱镜(3)按布氏角放在复合腔镜(7)的后面；一块激光晶体(5)选用NdYAG放在布氏角棱镜(3)和谐振腔镜(6)之间。的半导体激光器(LD)作为泵光(4)安置在谐振腔镜(6)的前方，从端面泵浦激光晶体(5)。
调节谐振腔镜(1)和(6)使1319nm的荧光起振，调节复合腔镜(7)使1319nm的激光倍频成为660nm的红光，从谐振腔镜(1)处输出。
实施例5按图5建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出黄光，包括三块谐振腔镜(1)、(6)、(12)、三块棱镜(3)、(9)、(11)和两个F-P标准具。
谐振腔镜(1)选用平镜，一面镀1064nm、1319nm高反膜、589nm高透膜、谐振腔镜(6)选用平镜，一面镀1064nm全反膜、谐振腔镜(12)选用平镜，一面镀1319nm全反膜；一块复合腔镜(7)选用平镜，一面589nm高反膜，1064nm和1319nm部分反射膜，透过率均为10％；一块非线性光学晶体(2)选用LBO，其切割角为θ＝73°，φ＝0°放在谐振腔镜(1)和合腔镜(7)之间，将1319nm和1064nm波长的激光和频成为589nm的黄光；一个Q开关(8)选用声光调Q开关放在复合腔镜(7)和激光晶体YAG(5)之间；三块棱镜(3)、(9)、(11)(顶角为69°)放在激光晶体(5)的输出光路上，其中前两块棱镜按1064nm的激光布氏角放置，第三块棱镜的顶角安置在1064nm和1319nm的激光的输出方向中间；两块F-P标准具放在棱镜(11)的两边，用以压窄线宽；谐振腔镜(6)放在F-P标准具(10)的输出光的光路上；谐振腔镜(12)放在F-P标准具(13)的输出光的光路上；选用的半导体激光器(LD)作为泵光(4)安置在激光晶体(5)的侧面进行侧面泵浦。
调节谐振腔镜(1)和(6)使1064nm的荧光起振，调节谐振腔镜(12)使1319nm的荧光起振，调节复合腔镜(7)使两束光和频，则在谐振腔镜(1)处输出589nm的准连续波黄光。
实施例6按图6建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出红光和黄光，谐振腔镜(1)选用平镜，一面镀1064nm高反膜、谐振腔镜(6)选用平镜，一面镀1064nm和1319nm全反膜、谐振腔镜(12)选用平镜，一面镀1319nm全反膜；一块复合腔镜(7)选用平镜，双面1064nm、1319nm高透膜，靠近非线性光学晶体(2)的一面镀589nm和660nm高反膜；非线性光学晶体(2)选用周期为12.6μm和17.3μm的双周期PPKTP放在输出光路上；棱镜(3)选用顶角为69°的棱镜按红光的布氏角放置激光晶体(5)YAG和复合腔镜(7)之间；在棱镜分光后的三束光中的两束光(1064nm和1319nm)前放上谐振腔镜(1)和(12)，谐振腔镜(1)和(12)的具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。
调节腔镜(1)、(7)和(6)使1064nm的荧光起振，调节谐振腔镜(12)使1319nm的荧光起振，调节非线性光学晶体(5)使两束光和频、倍频，则在非线性光学晶体(5)的另一侧输出589nm和660nm的连续波黄、红光。
在本实施例中，若将谐振腔镜(1)改为镀946nm全反膜的腔镜，并将非线性光学晶体(5)的周期改为17.3μm和6.2μm，则在非线性光学晶体(5)处输出红、蓝光。还可以改变腔镜(1)和非线性光学晶体(2)的周期使其输出黄、蓝光。
实施例7按图7建造一台大功率全固态红、黄、蓝光激光装置输出红、黄、蓝光。谐振腔镜(1)选用平镜，镀946nm全反膜，谐振腔镜(6)选用平镜，镀946nm、1064nm、1319nm高反膜，谐振腔镜(12)选用平镜，镀1064nm全反膜，谐振腔镜(14)选用平镜，镀1319nm全反膜，一块复合腔镜(7)选用平镜，镀946nm、1064nm、1319nm高透膜、473nm、589nm、660nm高反膜。
一块非线性光学晶体(5)选用并排三个周期6.2μm、12.6μm、17.3μm的PPKTP放在输出光路上；复合腔镜(7)放在顶角为69°的调谐棱镜(3)的输出光的光路上；激光晶体(5)选用YAG放置在谐振腔镜(6)的前面，并在分光棱镜(3)所分出的三束光的光路上分别放置谐振腔镜(1)、(12)、(14)，具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。选用的半导体激光器(LD)作为泵光(4)安置在激光晶体(5)的侧面进行侧面泵浦。
调节腔镜(1)、(7)和(6)使946nm的荧光起振，调节谐振腔镜(12)使1064nm的荧光起振，调节谐振腔镜(14)使1319nm的荧光起振，调节非线性光学晶体(5)使三束光和频、倍频，则在非线性光学晶体(5)的另一侧输出473nm、589nm和660nm的连续波红、黄、蓝光
权利要求1.一种大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，包括谐振腔镜(1)、(6)，非线性光学晶体(2)、泵光(4)、激光晶体(5)，其特征是还包括调谐棱镜(3)按布氏角放置；其中泵光(4)安置在一块谐振腔镜(6)的前方、两个谐振腔镜(1)、(6)之间的光路上依次安置非线性光学晶体(2)、调谐棱镜(3)和激光晶体(5)，该调谐棱镜固定在可调谐角度的水平转台上，其他光学元件固定在光学平台上。
2.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的谐振腔镜是两块或两块以上，谐振腔镜可以是平镜、平凹镜、平凸镜、光栅、法布里-珀罗标准具。
3.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的谐振腔镜是三块，其中谐振腔镜(1)和(12)放在棱镜分光后的三束光中的两束光的输出光路上，谐振腔镜(1)和(12)的具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。
4.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的谐振腔镜是三块，其中谐振腔镜(1)、(12)和(14)放在棱镜分光后的三束光的输出光路上，谐振腔镜(1)、(12)和(14)的具体放置位置由棱镜材料的色散角度来决定。
5.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的调谐棱镜(3)包括一块或2块以上，该调谐棱镜是布儒斯特角棱镜或其它棱镜。
6.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的调谐棱镜包括2块，调谐棱镜(3)、(9)按布氏角紧密放置。
7.按权利要求1所述的大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的调谐棱镜包括3块，三块棱镜(3)、(9)、(11)放在激光晶体(5)的输出光路上，其中两块调谐棱镜(3)、(9)按1064nm的激光布氏角放置，第三块棱镜的顶角安置在1064nm和1319nm的激光的输出方向中间
8.按权利要求1所述大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述的非线性光学晶体(2)包括三硼酸锂、偏硼酸钡、铌酸钾、钛氧磷酸钾、周期性极化钛氧磷酸钾、周期性极化钽酸锂、周期性极化铌酸锂或其它非线性光学晶体。
9.按权利要求1所述大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述泵浦光源(4)为半导体激光器。
10.按权利要求1所述大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是还包括一复合腔镜(7)，该复合腔镜(7)安置在调谐棱镜(3)与非线性光学晶体(2)之间的光路上；所述的复合腔镜(7)为平镜。
11.按权利要求1所述大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是还包括在激光晶体与复合腔镜或激光晶体与调谐棱镜之间安置Q开关；所述Q开关可以用电光Q开关、声光Q开关、声光锁模装置。
12.按权利要求1所述大功率全固态红、黄、蓝光激光装置，其特征是所述激光晶体(5)包括NdYAG、NdYVO4、NdYLF。
专利摘要本实用新型涉及一种激光器,特别是涉及一种大功率全固态红、黄、蓝光激光装置。它包括:泵光、两个谐振腔镜、一块激光晶体和一块非线性光学晶体;其特征是:还包括一块或2块以上调谐棱镜;其中泵光安置在一块谐振腔镜的前方、两个谐振腔镜之间的光路上依次安置激光晶体、调谐棱镜和非线性光学晶体。其中调谐棱镜固定在可调谐角度的水平转台上,其他光学元件安装在可调谐角度的光学平台上。该装置采用棱镜与两个腔镜组成单通或双通倍频光路,克服了原有技术难于镀膜和难于抑制1064nm荧光起振的缺点,并且结构简单,其功率可达几瓦到几十瓦,实现了高效、大功率的红、黄、蓝光输出。
文档编号H01S3/081GK2504801SQ0126732
公开日2002年8月7日 申请日期2001年10月8日 优先权日2001年10月8日
发明者许祖彦, 林学春, 侯玮, 冯衍, 张鸿博, 汪家升, 梁晓燕, 毕勇, 姚爱云 申请人:中国科学院物理研究所