专利名称：端面泵浦绿光激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型激光器，特别是涉及一种端面泵浦绿光激光器。
背景技术：
目前，国内大部分商用的532nm激光器采用的是直线腔和侧面泵浦结构，这种结构虽然简单，能够获得较大的激光输出，但是由于这种腔型本身不对称结构，导致激光不能以基模输出，不能直接获得光束质量较好的激光输出，并且由于热透镜效应，激光输出能量不稳定。同时，由于转换率低，大部分泵浦能量转换为热能，散热方式只能采用水冷，造成整体体积庞大，冷却水的加入又为安全带来了隐患。
实用新型内容为了克服现有技术的缺陷，本实用新型采用一种新的结构，在折叠谐振腔内插入倍频晶体，提供一种能够获得光束质量好(近基模)、功率稳定、能够实现空气冷却、波长为532nm的激光输出的端面泵浦绿光激光器。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是怎样的激光器谐振腔采用V型折叠腔的结构，激光晶体置于折叠腔直线臂、靠近拐角处，便于泵浦光泵浦激光晶体；倍频晶体置于折叠腔另一臂、靠近输出镜处，便于基频光在腔内进行倍频产生倍频光；采用折叠腔能够使激光晶体处于对称结构的中心，热透镜效应减少一半，而且能够有效地拉长腔长，从而达到提高光束质量、功率稳定输出的目的。通过耦合聚焦镜，泵浦光在激光晶体内部大小与此谐振腔的基模大小相同；耦合聚焦镜采用可伸缩结构，便于调节泵浦光束腰与基模位置重合，从而使得激光能量能够集中在基模，光束质量得到极大的改进，能量也获得了最大程度的利用。此结构能够获得较高的光-光转换效率，减少了热量的产生，从而可以采用风冷的结构。具体技术实施方案如下激光器的谐振腔为V型折叠腔结构，其光路为V型，角度小于21度，沿光轴由全反镜、腔镜和输出镜构成；激光晶体位于靠近腔镜的光轴上；倍频晶体位于靠近输出镜的光轴上，在谐振腔内震荡的基频光通过倍频晶体，发生非线性效应，产生倍频光，倍频光从输出镜输出形成激光输出；采用光纤泵浦；泵浦单元由光纤和耦合聚焦镜构成，泵浦光沿光轴通过耦合聚焦镜聚焦从V型折叠腔拐角处腔镜入射到激光晶体内部；在腔内光轴上插入主动或被动调Q器件实现激光的脉冲输出；激光晶体可以是掺钕钒酸钇Nd:YV04晶体、掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体、掺钕钒酸钆Nd: GdV04晶体、掺镱钇铝石榴石Yb: YAG晶体、掺钕铝酸钇Nd = YAP晶体、掺钕钨酸钾钆Nd = KGW晶体、掺钕氟化钇锂Nd = YLF晶体等激光晶体；倍频晶体可以是磷酸钛氧钾KTP、三硼酸锂LB0、偏硼酸钡BBO等非线性晶体。在上述技术方案中，所述的激光晶体位于靠近腔镜的光轴上，即位于等效腔的结构中心。在上述技术方案中，所述的泵浦耦合聚焦镜采用3片两组透镜组合的结构；第一组镜片由第一透镜和第二透镜紧贴组成，将泵浦光进行准直；第二组镜片只有第三透镜，将准直后的泵浦光聚焦。本实用新型的有益效果是输出的532nm激光光束质量好、功率稳定，能够实现空气冷却，整体体积小巧，能够应用于工业加工、科研、医疗、军事等各个领域，适用于各种材料表面的激光标记、材料表面或内部雕刻、精细加工、切割、电子焊接、泵浦、激光定位、激光测距等各种场合。
图I为本实用新型端面泵浦绿光激光器结构示意图。图中 ，I、光轴，2、全反镜，3、调Q晶体，4、基频光，5、激光晶体，6、腔镜，7、第三透镜，8、第一透镜，9、第二透镜，10、耦合聚焦镜，11、泵浦光，12、光纤，13、输出镜，14、倍频晶体，15、倍频光。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。本实用新型结合附图1，对其技术方案详细叙述如下全反镜2、腔镜6和输出镜13构成了激光谐振腔；激光晶体5放置在靠近腔镜6的光轴I上，位于等效腔的结构中心；第三透镜7、第一透镜8、第二透镜9组成耦合聚焦镜10 ;泵浦光11经过耦合聚焦系统10入射到激光晶体5内部，产生基频光4 ;调Q晶体3放置在光轴I上，产生脉冲激光；基频光4在谐振腔内振荡，在倍频晶体14发生非线性效应，倍频产生倍频激光15，从输出镜13输出；采用光纤12泵浦；泵浦单元由光纤12和耦合聚焦镜10构成，泵浦光11沿光轴I通过耦合聚焦镜10聚焦从V型折叠腔拐角处腔镜6入射到激光晶体5内部；在腔内光轴上插入主动或被动调Q器件3实现激光的脉冲输出；激光晶体5可以是掺钕钒酸钇Nd: YV04晶体、掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体、掺钕钒酸钆Nd: GdV04晶体、掺镱钇铝石榴石Yb: YAG晶体、掺钕铝酸钇Nd = YAP晶体、掺钕钨酸钾钆Nd = KGW晶体、掺钕氟化钇锂Nd = YLF晶体等激光晶体；倍频晶体14可以是磷酸钛氧钾KTP、三硼酸锂LBO或偏硼酸钡BBO非线性晶体。本实用新型是利用折叠腔型调节输出镜位置实现谐振腔关于激光晶体的对称来减小热透镜效应，同时利用耦合聚焦镜调节泵浦光束腰大小和位置与谐振腔的基模相匹配，使得大部分泵浦能量运转于基模，从而获得光束质量好功率稳定的激光输出。激光在谐振腔内振荡的过程中，在光束横截面上的光强形成各种不同形式的稳定分布.在光束横截面上的这种稳定分布，称为激光束的横向模式，简称横模，基横模在激光光束的横截面上各点的位相相同，光束质量最好，简称基模。泵浦光打在晶体内部，形成热量在晶体内的不均匀分布，折射率发生微小变化，晶体的光学特性等效于一个透镜，称之为热透镜。晶体在谐振腔内可以等效于一个焦距为f的热透镜，热透镜f与泵浦光束腰《的平方成正比，即
TlKrCOzI
_ 3]PplXdnidT) l-exp(-a/)
，式中致热功率Pph可表示为Pph=PinX (i-n)=PQXTQx (1-n)式中，P。为总泵浦功率，Pin为输入晶体的泵浦功率，Ttl为耦合系统的透过率；n为激光器的总斜率效率，K。为热导率，dn/dT是激光晶体折射率与温度的变化率，I是晶体长度，a为晶体的吸收系数；为了减少热透镜，就必须增加泵浦光束腰大小；但是对于一定的谐振腔，基模在晶体上的大小《00是一定的，为了使激光能量集中在基模，就必须使得泵浦光束腰大小和基模大小满足《 。，因此泵浦光在晶体内部的束腰大小要尽可能的小于并且接近基模大小。对于大小和能量一定的泵浦，产生的热透镜f 大小也是一定的。根据透镜的光学传输矩阵，折叠腔的热透镜传输矩阵为
权利要求1.一种端面泵浦绿光激光器，由谐振腔、激光晶体、倍频晶体和泵浦单元构成，其特征在于激光器的谐振腔为V型折叠腔结构，其光路为V型，角度小于21度，沿光轴(I)由全反镜(2 )、腔镜(6 )和输出镜(13 )构成；激光晶体(5 )位于靠近腔镜(6 )的光轴(I)上；倍频晶体(14)位于靠近输出镜(13)的光轴(I)上，在谐振腔内振荡的基频光(4)通过倍频晶体(14)，发生非线性效应，产生倍频光(15)，倍频光(15)从输出镜(13)输出形成激光输出；采用光纤(12)泵浦；泵浦单元由光纤(12)和耦合聚焦镜(10)构成，泵浦光(11)沿光轴(I)通过耦合聚焦镜(10)聚焦从V型折叠腔拐角处腔镜(6)入射到激光晶体(5)内部；在谐振腔内光轴(I)上插入主动或被动调Q器件(3)实现激光的脉冲输出。
2.根据权利要求I所述的端面泵浦绿光激光器，其特征在于所述的激光晶体(5)位于靠近腔镜的光轴(I)上，即位于等效腔的结构中心。
3.根据权利要求I所述的端面泵浦绿光激光器，其特征在于所述的泵浦耦合聚焦镜 (10)采用3片两组透镜组合的结构；第一组镜片由第一透镜(8)和第二透镜(9)紧贴组成，将泵浦光(11)进行准直；第二组镜片只有第三透镜(7 )，将准直后的泵浦光(11)聚焦。
4.根据权利要求I所述的端面泵浦绿光激光器，其特征在于所述腔镜(6)镜面法线与光轴(I)夹角为10度；即V型光路的角度为20度。
专利摘要本实用新型公开了一种端面泵浦绿光激光器。所述的激光器包括谐振腔、耦合聚焦系统、泵浦单元、激光晶体、倍频晶体和调Q器件，其特征是，所述谐振腔采用V型折叠光路结构，谐振腔产生的基频光通过腔内的倍频晶体倍频产生了倍频光输出。本实用新型具有设计合理、构思新颖、工艺规范、结构紧凑、无污染、适宜工业化批量生产，可广泛应用于通信、通讯、精密电子等领域。
文档编号H01S3/08GK202586074SQ20122023443
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者王 锋 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司