专利名称：482.5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种482. 5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器，其泵浦光为482. 5nm激光，能够经一次倍频获得305nm连续激光，并且，激光晶体的热效应得到减轻，泵浦能量利用率得到提高，最终效果为输出激光的功率得到提高，属于激光技术领域。
背景技术：
目前，紫外激光的产生主要有两种方法。一种是利用非线性倍频晶体对Iym波长附近的基频光进行非线性倍频，再利用另一块倍频晶体对得到的二次谐波进行非线性倍频，也就是通过对基频光进行四倍频来产生紫外激光；另一种方法是利用非线性倍频晶体对I μ m波长附近的基频光进行非线性倍频，再利用非线性和频晶体对基频光和二次谐波进行非线性和频来产生紫外激光。上述两种产生紫外激光的方法都需要两次非线性频率变换过程，由于每次变换都是有一定比例的，多次变换导致总变换效率较低，很难获得高功率 紫外连续激光。于是诞生了一种通过一次非线性频率变换获得305nm连续激光的技术，如董渊等人发表的论文 “All-solid-state blue laser pumped Pr:KY3F10-BBO ultraviolet laserat 305 nm” (Laser Phys. Lett. 9，No. 2，116 119，2012)所公开的方案。全固态蓝光栗浦激光器位于全反射镜腔外一侧，Pr:KYF激光晶体位于由全反射镜和输出耦合镜构成的谐振腔内，BBO非线性倍频晶体位于谐振腔内且与Pr:KYF激光晶体同轴。在471nm连续泵浦激光的激励下，Pr = KYF激光晶体产生610nm激光，被BBO非线性倍频晶体腔内倍频，产生305nm连续激光。在该方案中，所述Pr = KYF激光晶体长5 mm、掺杂浓度O. 4 %，所述BBO非线性倍频晶体尺寸为3X3X4 mm3、切割角度为Θ =90°，输出耦合镜腔内镜面曲率半径为50 mm。该方案存在的不足其一是当激光器处于工作状态时，作为增益介质的Pr:KYF激光晶体其温度会在短时间内明显升高，出现十分严重的热效应，极大地降低了激光器的性能，难以长时间稳定工作；其二是由于泵浦激光只是单次通过增益介质，能量的利用率较低；其三是在室温下Pr:KYF激光晶体对471 nm蓝色激光吸收相对较弱，见图1所示，而Pr:KYF激光晶体对482. 5nm蓝色激光吸收较强。这些不足使得该激光器的光一光转换效率较低。
发明内容
为了有效降低Pr = KYF激光晶体的热效应，提高泵浦光能量的利用率，采用Pr = KYF激光晶体吸收较强的泵浦光，我们发明了一种482. 5nm泵浦Pr: KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器。在本发明之482. 5nm泵浦Pr = KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器中，全反射镜1、PriKYF激光晶体2、倍频晶体3、输出耦合镜4依次同轴排列，如图2所示，其特征在于，同轴排列的还有抛物面反射镜5，抛物面反射镜5位于Pr = KYF激光晶体2与输出耦合镜4之间，抛物面反射镜5中心部分有通孔，其抛物面反射镜面朝向Pr = KYF激光晶体2 ;全反射镜I是一种金属热沉，腔内一侧平面镜面镀有482. 5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶体2为片状，与全反射镜1腔内一侧平面镜面接触；始端平面反光镜6轴线、终端平面反光镜7轴线、谐振腔轴线三者平行且位于同一平面内，始端平面反光镜6及终端平面反光镜7的反光镜面与抛物面反射镜5的抛物面反射镜面相对，所述反光镜面、抛物面反射镜面镀有482. 5 nm高反膜；泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。本发明其技术效果在于，482. 5 nm泵浦光入射抛物面反射镜面，反射后照射到Pr:KYF激光晶体2上，Pr:KYF激光晶体2产生610 nm激发光，由倍频晶体3倍频后波长变换为305 nm，激发光在谐振腔内往返通过抛物面反射镜5中心部分通孔，谐振后自输出耦合镜4输出腔外。透过片状Pr:KYF激光晶体2的泵浦光由全反射镜I腔内一侧平面镜面反射到抛物面反射镜面，之后经终端平面反光镜7反光镜面、抛物面反射镜面的再次反射，再次照射到Pr :KYF激光晶体2上。此次透过片状Pr = KYF激光晶体2的泵浦光依然依次由全反射镜I腔内一侧平面镜面、抛物面反射镜面、始端平面反光镜6反光镜面、抛物面反射镜面反射后最终照射到Pr:KYF激光晶体2上，并持续下去。可见，泵浦光在一个封闭的反射空间内传播，多次照射到Pr:KYF激光晶体2上，泵浦光能量利用率显著提高。另外，由于Pr = KYF激光晶体2采用片状，并与作为一种金属热沉的全反射镜I良好接触，Pr = KYF激光晶体2的温升得到有效控制，大幅减轻Pr = KYF激光晶体的热效应。再有，本发明采用482. 5nm波长激光作为泵浦光，相比现有技术所采用的471 nm波长激光，Pr:KYF激光晶体的泵浦光吸收有所增强。可见，本发明之技术方案全面实现了发明目的。
图1是KY3F1q:0. 4%Pr3+激光晶体的吸收光谱图。图2是本发明之482. 5nm泵浦Pr: KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器结构示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施例方式本发明之482. 5nm泵浦Pr = KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器其具体方案如下。全反射镜l、Pr:KYF激光晶体2、倍频晶体3、输出耦合镜4依次同轴排列，如图2所示。Pr :KYF激光晶体2的两个端面镀有610 nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。倍频晶体3采用BBO非线性倍频晶体，两个端面镀有305nm增透膜，且透过率大于99. 9%。输出耦合镜4腔内镜面为凹球面，凹球面的曲率半径R1为100 mm，该凹球面镜面镀有610 nm高反膜、305nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。同轴排列的还有抛物面反射镜5，抛物面反射镜5位于PriKYF激光晶体2与输出耦合镜4之间，抛物面反射镜5中心部分有通孔，其抛物面反射镜面朝向Pr:KYF激光晶体2。全反射镜I是一种金属热沉，材质为紫铜；腔内一侧平面镜面镀有482. 5 nm、610 nm的高反膜，且对这两种波长的反射率均高于99. 9%。Pr = KYF激光晶体2为片状，如圆片，其厚度为O. 5`1 mm，片状Pr = KYF激光晶体2与全反射镜I腔内一侧平面镜面接触。始端平面反光镜6轴线、终端平面反光镜7轴线、谐振腔轴线三者平行且位于同一平面内，始端平面反光镜6及终端平面反光镜7的反光镜面与抛物面反射镜5的抛物面反射镜面相对，所述反光镜面、抛物面反射镜面镀有482. 5 nm高反膜。泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。全反射镜I有三个作用，一是作为热沉为Pr = KYF激光晶体2散热，二是与输出耦合镜4 一起构成谐振腔，三是与始端平面反光镜6、抛物面反射镜5、终端平面反光镜7 —起构成一个泵浦光封闭反射空间。本发明之激光器482. 5 nm泵浦光的泵浦源其特征在于，如图2所示，由第一谐振腔镜8、NdiYLF激光晶体9、始端平面反光镜6构成908 nm谐振光腔；由第二谐振腔镜10、YbiYAG激光晶体11、始端平面反光镜6构成1030 nm谐振光腔；908 nm谐振光腔轴线与1030 nm谐振光腔轴线垂直并相交，交点与平面耦合镜12几何中心重合，平面耦合镜12与908 nm谐振光腔轴线及1030 nm谐振光腔轴线均呈45°角关系，并且，平面耦合镜12同时与Nd = YLF激光晶体9及Yb = YAG激光晶体11相邻；和频晶体13位于Yb = YAG激光晶体11与始端平面反光镜6之间的谐振光路上；1030 nm谐振光腔轴线与始端平面反光镜6轴线重合。第一谐振腔镜8腔内一侧镜面为凹球面，该凹球面的曲率半径R2为100 mm，该凹球面镀有908 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %;该凹球面及第一谐振腔镜8的腔外平面镜面还均镀有808 nm增透膜，且透过率大于99. 5 %。平面耦合镜12两侧的平面镜面均镀有1030nm增透膜，且透过率大于99. 5 % ;平面耦合镜12朝向Nd = YLF激光晶体9 一侧的平面镜面还镀有908 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %。第二谐振腔镜10腔内一侧镜面为凹球面，该凹球面的曲率半径R3为100 mm，该凹球面镀有1030 nm高反膜，且反射率大于99. 9 %。始 端平面反光镜6腔内一侧镜面镀有1030 nm、908 nm的高反膜，且反射率大于99. 9 %，同时镀有482. 5 nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。Nd: YLF激光晶体9的两个端面镀有908 nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。Yb:YAG激光晶体11的两个端面镀有1030 nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。和频晶体13采用LBO非线性和频晶体，其两个端面镀有482. 5 nm增透膜，且透过率大于99. 9 %。扩束准直透镜14与始端平面反光镜6同轴且位于始端平面反光镜6与抛物面反射镜5之间。来自半导体激光器的808 nm泵浦光经第一谐振腔镜8进入Nd: YLF激光晶体9中为其提供泵浦能量，使得准三能级908 nm谱线在Nd:YLF激光晶体9中跃迁，进而在908 nm谐振光腔中形成腔内振荡，产生908 nm准三能级腔内激光，它的一部分用来对Yb: YAG激光晶体11进行腔内泵浦，使得四能级1030 nm谱线在Yb:YAG激光晶体11中跃迁，进而在1030nm谐振光腔中形成腔内振荡,产生1030 nm四能级腔内激光,它与908 nm准三能级腔内激光的其余部分由和频晶体13进行非线性和频，产生482. 5 nm激光，并自始端平面反光镜6输出，经扩束准直透镜14后成为本发明之激光器的泵浦光。由于Yb: YAG激光晶体11位于908 nm谐振光腔内，其泵浦能量由Nd: YLF激光晶体9产生的908 nm准三能级腔内激光来提供，这种方式属于腔内直接泵浦方式，该方式不仅能够为Yb: YAG激光晶体11提供足够高的泵浦能量，还能有效地降低Yb: YAG激光晶体11的废热，减少泵浦光光子和激光光子之间的斯托克斯频移，提高斯托克斯效率。
权利要求
1.一种482. 5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器，全反射镜(l)、Pr:KYF 激光晶体(2)、倍频晶体(3)、输出耦合镜(4)依次同轴排列，其特征在于，同轴排列的还有抛物面反射镜(5)，抛物面反射镜(5)位于Pr: KYF激光晶体(2)与输出耦合镜(4)之间，抛物面反射镜(5)中心部分有通孔，其抛物面反射镜面朝向Pr = KYF激光晶体(2);全反射镜(1)是一种金属热沉，腔内一侧平面镜面镀有482.5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶体(2)为片状，与全反射镜(I)腔内一侧平面镜面接触；始端平面反光镜(6)轴线、终端平面反光镜(7)轴线、谐振腔轴线三者平行且位于同一平面内，始端平面反光镜(6)及终端平面反光镜(7)的反光镜面与抛物面反射镜(5)的抛物面反射镜面相对，所述反光镜面、抛物面反射镜面镀有482. 5 nm高反膜；泵浦源提供482. 5 nm泵浦光。
2.根据权利要求1所述的482.5nm泵浦？1':1^ 获得30511111连续激光的圆盘激光器，其特征在于，全反射镜(I)材质为紫铜。
3.根据权利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器，其特征在于，Pr = KYF激光晶体(2)其厚度为O. 5 I mm。
4.根据权利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器，其特征在于，482. 5 nm泵浦光的泵浦源结构为由第一谐振腔镜(8)、Nd: YLF激光晶体(9)、始端平面反光镜(6)构成908 nm谐振光腔；由第二谐振腔镜(10)、Yb: YAG激光晶体(11 )、始端平面反光镜(6)构成1030 nm谐振光腔；908 nm谐振光腔轴线与1030 nm谐振光腔轴线垂直并相交，交点与平面耦合镜(12)几何中心重合，平面耦合镜(12)与908 nm谐振光腔轴线及1030 nm谐振光腔轴线均呈45°角关系，并且，平面耦合镜(12)同时与Nd: YLF激光晶体(9 )及Yb: YAG激光晶体(11)相邻；和频晶体(13 )位于Yb: YAG激光晶体(11)与始端平面反光镜(6)之间的谐振光路上；1030 nm谐振光腔轴线与始端平面反光镜(6)轴线重合。
5.根据权利要求4所述的482.5nm泵浦？1*:1^ 获得30511111连续激光的圆盘激光器，其特征在于，第一谐振腔镜(8)腔内一侧镜面为凹球面，该凹球面镀有908 nm高反膜，该凹球面及第一谐振腔镜(8)的腔外平面镜面还均镀有808 nm增透膜；平面耦合镜(12)两侧的平面镜面均镀有1030 nm增透膜，平面耦合镜12朝向Nd: YLF激光晶体(9) 一侧的平面镜面还镀有908 nm高反膜；第二谐振腔镜(10)腔内一侧镜面为凹球面，该凹球面镀有1030 nm 高反膜；始端平面反光镜(6)腔内一侧镜面镀有1030 nm、908 nm的高反膜，同时镀有482. 5 nm增透膜；Nd:YLF激光晶体(9)的两个端面镀有908 nm增透膜；Yb:YAG激光晶体(11)的两个端面镀有1030 nm增透膜；和频晶体(13)采用LBO非线性和频晶体，其两个端面镀有 482.5 nm增透膜。
6.根据权利要求1所述的482.5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器，其特征在于，扩束准直透镜(14)与始端平面反光镜(6)同轴且位于始端平面反光镜(6)与抛物面反射镜(5)之间。
全文摘要
482.5nm泵浦Pr:KYF获得305nm连续激光的圆盘激光器属于激光技术领域。现有技术热效应严重，泵浦光能量利用率较低，Pr:KYF激光晶体对泵浦光吸收较弱。本发明之圆盘激光器具有抛物面反射镜，抛物面反射镜位于Pr:KYF激光晶体与输出耦合镜之间，抛物面反射镜中心部分有通孔，其抛物面反射镜面朝向Pr:KYF激光晶体；全反射镜是一种金属热沉，腔内一侧平面镜面镀有482.5 nm、610 nm的高反膜；Pr:KYF激光晶体为片状，与全反射镜腔内一侧平面镜面接触；始端平面反光镜轴线、终端平面反光镜轴线、谐振腔轴线三者平行且位于同一平面内，始端平面反光镜及终端平面反光镜的反光镜面与抛物面反射镜的抛物面反射镜面相对，所述反光镜面、抛物面反射镜面镀有482.5 nm高反膜；泵浦源提供482.5 nm泵浦光。
文档编号H01S3/16GK103022884SQ20121057460
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者董渊, 李述涛, 吕彦飞, 刘会龙, 陈辰, 满东华, 金光勇, 张喜和 申请人:长春理工大学