专利名称：激光器及其频率变换方法
激光器及其频率变换方法
技术领域：
本发明涉及激光器，特别涉及一种激光器频率变换方法，同时，本发明还涉及采用所述激光器频率变换方法的激光器。
背景技术：
近几年，随着工业加工应用的激光器不断开发，简单的基频激光器已经远远不能满足种类繁多的材料加工的应用。随着绿光及紫外激光器的研发成功，已经逐渐有相应的激光切割、激光打标以及其他激光精细加工设备相继面世。在众多的绿光及紫外激光器中， 无一避免要使用频率变换技术，因此该技术已经受到人们的广泛关注。在非线性变化的倍频激光器，如三倍频激光器及四倍频激光器的调试中，尤其在工业加工应用激光器的调试中，腔内功率密度可达到兆瓦量级，对非线性元件极易造成损坏。在现有技术的激光频率调试过程中采用的频率变换方法不仅调试过程复杂，而且未能很好的保护腔内光学元件，如基频激光晶体、非线性晶体、Q开关等，在操作过程中不仅费时费力，还经常造成元件损坏，导致激光器的不必要的维修与费用支出。
发明内容本发明解决的技术问题是提供一种激光器频率变换方法和采用所述激光器频率变换方法的激光器。本发明为解决技术问题而采用的技术方案是提供一种激光器频率变换方法，包括步骤设置并调试谐振腔；设置激光晶体位置；设置并调整Q开关；引入泵浦光；设置并调整分光镜位置；设置并调整非线性晶体位置。根据本发明之一优选实施例，设置并调试谐振腔的步骤包括设置并调整转折镜； 引入校准光；设置并调整全反镜位置；设置并调整输出镜位置。根据本发明之一优选实施例，在设置并调整转折镜的步骤中，设置转折镜分别与一全反镜和一输出镜呈45度。根据本发明之一优选实施例，在引入校准光的步骤中，较准光从输出镜位置引入， 并使校准光经过转折镜反射到全反镜上。根据本发明之一优选实施例，设置并调整全反镜位置的步骤中，在输出镜外，设置一小孔光阑，使校准光通过小孔光阑的小孔，然后调整全反镜的位置，使校准光在全反镜上的反射光按照原路返回，并反向穿过小孔。根据本发明之一优选实施例，在设置并调整输出镜位置的步骤中，设置输出镜，并使入射到输出镜的校准光的发射光原路返回并穿过小孔。根据本发明之一优选实施例，引入泵浦光的步骤中，通过光纤耦合模块和准直聚焦光学系统向谐振腔注入泵浦光，微调所述基频谐振腔使所述输出镜后特定波长的基频激光输出达到最大值。根据本发明之一优选实施例，设置并调整分光镜位置的步骤中，插入并调整分光镜至预定位置，分光镜的镜片的分光端镀有特定波长激光垂直偏振反射膜，当检测到特定波长激光且使其插入损耗达到最低时固定分光镜。根据本发明之一优选实施例，在设置并调整非线性晶体位置的的步骤中，放置非线性晶体，调整非线性晶体的方位角度，当检测到分光镜反射出的特定波长激光功率达到最大时，固定非线性晶体，通过调整非线性晶体的温控系统，检测特定波长激光输出功率， 当特定波长激光输出功率与预估的数值一致时，确定非线性晶体的位置。根据本发明之一优选实施例，更换输出镜为镀与频率变换要求波长一致的高反射膜镜片，引入校准光，使入射到所述高反射膜镜片的校准光的发射光原路返回并穿过小孔， 同时检测所述分光镜反射出的特定波长激光功率，并调整高反射膜镜片的位置至功率为最大值时，从而设置并确定所述高反射膜镜片的位置。本发明为解决技术问题而采用的技术方案是提供一种激光器，所述激光器的激光频率变换调节过程采用上述任意一项或多项的激光器频率变换方法。激光器频率变换调试过程中通过增大腔内损耗，来有效降低腔内功率密度，以达到保护腔内光学元件的目的，减小调试过程中带来的不必要的额外损耗。所述激光器频率变换方法具有简单易于调试且不易损坏腔内元件的优点。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1显示了应用本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法的端面泵浦二倍频固体激光器的结构示意图；图2显示了应用本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法的端面泵浦二倍频固体激光器的结构示意图；图3显示了应用本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法的端面泵浦三倍频固体激光器的结构示意图4显示了本发明一优选实施例的非线性激光器频率变换方法的流程示意图。
具体实施方式本发明提供了一种激光器频率变换方法，在本发明激光器非线性频率变换方法中通过增大腔内损耗，来有效降低腔内功率密度，以达到保护腔内光学元件的目的，减小调试过程中带来的不必要的额外损耗。所述激光器非线性频率调试方法具有简单易于调试且不易损坏腔内元件的优点。图1显示了根据本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法的固体激光器的结构示意图。本实施例中，以较普遍的端面泵浦二倍频固体激光器为例详细介绍。所述泵浦二倍频固体激光器100包括LD光纤耦合模块8、准直聚焦光学系统9和光学谐振腔(未标示)。所述LD光纤耦合模块8、准直聚焦光学系统9用于引入准直泵浦光，并注入所述光学谐振腔。所述光学谐振腔用于提供光学反馈，使受激辐射光子在所述谐振腔内多次往返以形成相干的持续振荡，并对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制， 以保证输出具有一定的定向性和单色性的激光。其中所述光学谐振腔包括全反镜1、用于基频激光输出的激光晶体2、Q开关3、基频光转折镜4、分光镜5、二倍频晶体6和基频光部分输出镜7。所述全反镜1和基频光部分输出镜7为端镜，二者呈90度方向设置，所述基频光
4转折镜4设置在全反镜1和基频光部分输出镜7的拐角处，从而形成L型谐振腔。所述激光晶体2、Q开关3依序设置在所述全反镜1和所述基频光转折镜4之间，所述分光镜5、二倍频晶体6顺序设置在所述基频光转折镜4和所述基频光部分输出镜7之间。当然，在更多的固体激光器中，所述基频光部分输出镜7亦可为全反镜或镀有相关频率变换要求波长的高反射膜镜片，所述Q开关3可是声光或电光Q器件。所述单端面泵浦二倍频固体激光器100的调试方法如下所述步骤Si，固定所述基频光转折镜4，其设置在所述全反镜1和输出镜7光路相交处，并分别与所述全反镜1和基频光部分输出镜7呈45度设置，然后固定所述基频光转折镜4;步骤S2，从基频光部分输出镜7位置引入与预设光轴同轴的校准光，使所述校准光经过所述基频光转折镜4反射到全反镜1上；步骤S3，在所述基频光部分输出镜7外，设置一小孔光阑，并使校准光通过所述小孔光阑的小孔，然后调整所述全反镜1位置，使校准光在所述全反镜1上的反射光按照原路返回，并能够反向穿过小孔，以此确定所述全反镜1的位置，并固定所述全反镜1的位置；步骤S4,设置所述基频光部分输出镜7，并使入射到所述基频光部分输出镜7的校准光的发射光原路返回并穿过小孔，至此确定所述基频光部分输出镜7的位置，并固定所述基频光部分输出镜7的位置；上述步骤Sl S4的目的在于完成光路的基频光谐振腔的基本调试；步骤S5，放置所述激光晶体2，调整其位置并固定；步骤S6，放置所述Q开关3，调整其位置并固定；步骤S7，通过所述LD光纤耦合模块8和准直聚焦光学系统9向所述光学谐振腔注入泵浦光，微调所述谐振腔使所述基频光部分输出镜7后波长为1064nm的激光输出达到最大值；步骤S8，插入并调整所述分光镜5至预定位置，所述分光镜5的镜片的分光端镀有 532nm激光垂直偏振高反膜，当检测到波长1064nm激光且使其插入损耗达到最低时固定所述分光镜5 ；步骤S9，放置所述二倍频晶体6，调整二倍频晶体6的方位角度，当检测到所述分光镜5反射出的绿光功率达到最大时，固定所述二倍频晶体6。通过调整所述二倍频晶体6 的温控系统，检测波长532nm绿光输出功率，当波长532nm绿光输出功率与预估的数值一致时，可确定所述二倍频晶体6的位置。最后，更换部分输出镜7为镀有1064nm和532nm双波长反射膜的全反镜或高反射镜。为了保证更换后的全反镜或高反射镜具有理想的位置， 还需要对所述全反镜或高反射镜进行位置设置，其位置设置方法同所述输出镜7的设置方法相似，即，引入校准光，使入射到所述全反镜或高反射镜的校准光的发射光原路返回并穿过小孔，同时检测所述分光镜反射出的特定波长激光功率，并调整高反射膜镜片的位置至功率为最大值时，从而确定所述全反镜或高反射镜的位置。经过上述步骤，实现对泵浦二倍频固体激光器100的频率变换，由于在上述频率变换的调试过程中通过使用部分输出镜7，增大了腔内损耗，从而有效降低腔内功率密度， 以达到保护腔内光学元件的目的，减小调试过程中带来的不必要的额外损耗。所述固体激光器频率调试方法具有简单易于调试且不易损坏腔内元件的优点。
值得注意的是，本发明还可用于图2和图3所示的泵浦倍频固体激光器的频率变换调试中。为方便描述，图1 图3中相同或相似功能的元件采用了相同的编号，仅在不同元件处采用了新的编号，以示区别。图2显示了应用本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法泵的浦二倍频激光器的结构示意图。所述泵浦二倍频激光器200与图1所示的泵浦二倍频固体激光器 100的结构相似，其主要区别在于所述基频光转折镜4和所述基频光部分输出镜7之间仅设置二倍频晶体6，而不需要设置分光镜。图3显示了应用本发明一优选实施例的激光器非线性频率变换方法的泵浦二倍频激光器的结构示意图。所述泵浦二倍频激光器300与图1所示的泵浦二倍频固体激光器 100的结构相似，其主要区别在于所述分光镜5和所述二倍频晶体6之间进一步设置三倍频晶体10。图4显示了本发明一优选实施例的非线性激光器频率变换方法的流程示意图，所述方法主要包括步骤Si，设置并调整基频光转折镜；步骤S2，引入校准光；步骤S3，设置并调整全反镜位置；步骤S4,设置并调整输出镜位置；步骤S5，设置并调整激光晶体位置； 步骤S6，设置并调整Q开关位置；步骤S7，引入泵浦光；步骤S8，设置并调整分光镜位置；步骤S9，设置并调整非线性激光晶体位置。其中所述步骤Sl S4又可归结为对基频光谐振腔的基本调试。值得注意的是，本发明激光器非线性频率变换方法不仅可应用于上述图1 图3 所示的激光器的频率变换调试中，亦可应用其他所有类型的二倍频LB0、ΚΤΡ、ΒΒ0、三倍频 CLBO、LB0, BBO激光变换调试中，还可应用于半导体侧面泵浦、灯泵浦非线性变换激光器的调试，应用于上述任何的激光调试中，均可以有效保护非线性晶体不受损坏。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
1.一种激光器频率变换方法，其包括步骤设置并调试谐振腔；设置并调整基频激光晶体位置；设置并调整Q开关；引入泵浦光；设置并调整分光镜位置；设置并调整非线性晶体位置。
2.如权利要求1所述的激光器频率变换方法，其特征在于，所述设置并调试谐振腔的步骤包括设置并调整转折镜；引入校准光；设置并调整全反镜位置；设置并调整输出镜位置。
3.如权利要求2所述的激光器频率变换方法，其特征在于在所述设置并调整转折镜的步骤中，设置所述转折镜分别与一全反镜和一输出镜呈45度。
4.如权利要求3所述的激光器频率变换方法，其特征在于在所述引入校准光的步骤中，所述较准光从输出镜位置引入，并使所述校准光经过所述转折镜反射到全反镜上。
5.如权利要求4所述的激光器频率变换方法，其特征在于所述设置并调整全反镜位置的步骤中，在所述输出镜外，设置一小孔光阑，使校准光通过所述小孔光阑的小孔，然后调整所述全反镜的位置，使校准光在所述全反镜上的反射光按照原路返回，并反向穿过小孔。
6.如权利要求5所述的激光器频率变换方法，其特征在于在所述设置并调整输出镜位置的步骤中，设置所述输出镜，并使入射到所述输出镜的校准光的发射光原路返回并穿过小孔。
7.如权利要求6所述的激光器频率变换方法，其特征在于所述引入泵浦光的步骤中， 通过光纤耦合模块和准直聚焦光学系统向所述谐振腔注入泵浦光，微调所述基频谐振腔使所述输出镜后特定波长的基频激光输出达到最大值。
8.如权利要求7所述的激光器频率变换方法，其特征在于所述设置并调整分光镜位置的步骤包括插入并调整所述分光镜至预定位置，所述分光镜的镜片的分光端镀有特定波长激光垂直偏振反射膜，当检测到特定波长激光且使其插入损耗达到最低时固定所述分光镜。
9.如权利要求8所述的激光器频率变换方法，其特征在于在所述设置并调整非线性晶体位置的步骤中，放置非线性晶体，调整非线性晶体的方位角度，当检测到所述分光镜反射出的特定波长激光功率达到最大时，固定所述非线性晶体，通过调整所述非线性晶体的温控系统，检测特定波长激光输出功率，当特定波长激光输出功率与预估的数值一致时，确定所述非线性晶体的位置。
10.如权利要求9所述的激光器频率变换方法，其特征在于更换输出镜为镀与频率变换要求波长一致的高反射膜镜片，引入校准光，使入射到所述高反射膜镜片的校准光的发射光原路返回并穿过小孔，同时检测所述分光镜反射出的特定波长激光功率，并调整高反射膜镜片的位置至功率为最大值时，从而确定所述高反射膜镜片的位置。
11.一种激光器，其特征在于所述激光器的激光频率变换调节过程采用如权利要求 1-10中任意一项或多项所述的激光器频率变换方法。
全文摘要
本发明一种激光器频率变换方法，所述激光器频率变换方法包括如下步骤设置并调试谐振腔；设置激光晶体位置；设置并调整Q开关；引入泵浦光；设置并调整分光镜位置；设置并调整非线性晶体位置。所述激光器频率变换方法具有简单易于调试且不易损坏腔内元件的优点。本发明还提供一种采用上述激光器频率变换方法的激光器。
文档编号H01S3/108GK102377099SQ20101026245
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者樊仲维, 王培峰, 王小发, 石朝辉, 黄科 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司