一种双增益晶体被动调q激光器及其激光产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光技术领域，尤指一种双增益晶体被动调Q激光器及其激光产生方 法。
【背景技术】
[0002] 自激光问世W来，激光加工技术就受到人们的重视，至今激光加工技术已成为先 进制造技术的重要组成部分。由于激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控 制性良好等一系列优点，目前它已广泛应用于材料加工等领域，针对于激光微加工，材料标 记等领域的激光器主要有红外激光器、绿光激光器、紫外光激光器。但现有的激光器较为复 杂，主要采用声光或电光调Q的固体激光器倍频来实现的，成本也较高。
[0003] 专利文献CN101981766A于2011年02月23日公开了一种高功率、二极管激发固 态值PS巧脉冲激光较佳地是用于诸如微机械加工、集成电路的通孔钻孔、及紫外光线扣V) 转换的应用。Nd:YV04(饥酸盐；vanadate)激光是用于高功率应用的良好的候选者，因为其 特征在于宽带宽的激发波长的高能量吸收系数。然而，饥酸盐具有不良的热机械性质，其中 该种材料为坚硬且当受到热应力时为容易破裂。通过最佳化激光参数且选择激发波长及渗 杂第二增益晶体（240)的浓度W控制吸收系数为小于2cm-l(诸如：在约910nm与约920nm 之间的激发波长（241))，渗杂的饥酸盐激光（237,240)是可增强W产生如同100瓦之多的 输出功率（236)而未使得晶体材料破裂，而且实现了于热透镜化的40%的降低。
[0004] 专利文献CN1618410A于2005年05月25日公开一种1.444ym Nd:YAG激光医疗 机。其包括激光振荡器，激光累浦系统，冷却系统，引导光和光纤禪合系统。所使用的激光 第二增益晶体Nd: YAG晶体渗杂Nd3+离子浓度在0. 45at% -1. 2at%之间；采用双楠圆紧包 腔，且腔内壁所附的反射材料为Ag;采用渗杂Eu的石英玻管来虑掉累浦灯中的紫外光福射 和长波段的累浦巧光。
[0005]W上两篇参考文献均采用单一材质的增益材料，转换效率较低。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种提高激光器转换效率的双增益晶体被动调Q激光器及其激光产 生方法。
[0007]本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：
[000引一种双第一增益晶体被动调Q激光器，包括累浦系统，所述累浦系统还禪合有依 次光禪合的准直镜、聚焦镜、谐振腔；所述累浦系统包括累浦源，给累浦源供电的驱动源； 所述谐振腔从聚焦镜一侧起，依次包括光禪合的反射镜、采用各项同性、高上能级寿命和高 储能材质的第一增益晶体、采用具备偏振特性材质的第二增益晶体、被动调Q晶体和输出 镜；由反射镜和输出镜构成的谐振腔为稳定腔。
[0009]进一步的，所述驱动源、累浦源安装于累浦系统中，为一整体；所述准直镜、聚焦 镜、谐振腔、二倍频晶体和=倍频晶体集成在同一壳体内。
[0010] 进一步的，所述第一增益晶体为Nd;YAG晶体或Nd;YAG陶瓷晶体或YAG与Nd:YAG 的键合或胶合的晶体，第二增益晶体为Nd;YV04晶体或YV04与Nd;YV04的键合或胶合的晶 体；或者，第一增益晶体为Nd;YV04晶体或YV04与Nd;YV04的键合或胶合的晶体，第二增 益晶体为Nd;YAG晶体或Nd;YAG陶瓷晶体或YAG与Nd:YAG的键合或胶合的晶体，第一增益 晶体的出光面相距第二增益晶体的入光面距离小于10mm。
[0011] 进一步的，所述第一增益晶体为Nd;YAG晶体，其Nd离子的渗杂浓度为 0. 2 % -2 %，第二增益晶体为Nd;YV04晶体，其Nd离子的渗杂浓度为0. 1 % -3%，Nd;YAG的 长度为Nd;YV04晶体长度为或者，第一增益晶体为Nd;YV04晶体其Nd 离子的渗杂浓度为为0. 1 % -2 %，第一增益晶体（10)为Nd;YAG晶体，其Nd离子的渗杂浓 度为 0. 2% -3%。
[0012] 进一步的，所述被动调Q晶体为化:YAG、V:YAG、半导体饱和吸收体、石墨締中的任 意一种，被动调Q晶体的初始透过率为10% -95%。
[0013] 进一步的，所述反射镜、输出镜中至少一个为凹面镜；
[0014] 进一步的，所述第一增益晶体的入光面锻膜，形成所述反射镜；所述输出镜为凹面 镜。
[0015] 进一步的，还包括二倍频晶体与=倍频晶体，其中所述二倍频晶体为LBO晶体、 KTP晶体、BBO晶体、BiBO晶体、CLBO晶体、PPLN晶体，匹配方式可采用临界相位匹配或非临 界相位匹配，S倍频晶体为LB0晶体、BB0晶体、BiBO晶体、化B0晶体、KDP晶体，匹配方式 可采用临界相位匹配或非临界相位匹配。
[0016] 进一步的，所述累浦源为连续半导体激光器或脉冲半导体激光器，当累浦源为光 纤禪合输出的脉冲半导体激光器时，其中屯、波长为808皿±5皿，880皿±5皿，885皿±5皿 中的一种或W上任意两种波长的组合；所述累浦源通过传能光纤与所述准直镜光禪合；激 光器壳体体积小于80x80x430mm3,其横截面积小于80x80mm2,长度小于430mm。
[0017] 一种如本发明所述的双增益晶体被动调Q激光器的激光产生方法，其特征在于， 包括步骤：累浦系统发出累浦光到准直镜，准直后的累浦光再经过各项同性、高上能级寿命 和高储能材质的第一增益晶体、W及具备偏振特性材质的第二增益晶体，之后由输出镜输 出红外激光。
[0018] 目前所有的技术方案都采用一块晶体作为第一增益晶体，如要么采用采用各项同 性、高上能级寿命和高储能材质的第一增益晶体（W下WNd;YAG晶体为例分析）；要么采 用具备偏振特性材质的第一增益晶体（W下WNd;YV04晶体为例分析）；由于Nd;YAG晶体 为各项同性晶体，其输出的基频光不具有偏振性，从而使后续的非线性频率变换的效率较 低，但Nd;YAG晶体上能级寿命长，储能大，在被动调Q时可W获得很高的峰值功率，而采用 Nd;YV04晶体作为第一增益晶体虽然发射的基频光具有很好的偏振特性，但由于Nd;YV04 晶体的受激截面大，上能级寿命较短，储能小，因此在被动调Q情形下，发射的基频光的峰 值功率不高，该也影响了其后续非线性频率变换的效率，为了弥补两种情形的不足，本发明 采用类似于Nd;YAG+Nd;YV04的双第一增益晶体方案，并且两者晶体具有对累浦光基本相 同的吸收峰巧08. 5皿和810nm)，因此采用单一累浦源即可满足对两种第一增益晶体的抽 运，相同的发射峰（1〇64皿)，因此采用本发明的双第一增益晶体会使发射的基频光在Nd: YV04晶体的偏振发射方向上具有明显的模式竞争优势，从而使输出的基频光具有很好的偏 振性。由于非线性晶体要求输入为偏振光，因此，本方案更有利于提高非线性晶体的工作效 率。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明实施例一双增益晶体被动调Q激光器的原理示意图；
[0020] 图2是本发明一种被动调Q紫外光激光器的原理示意图；
[0021] 图3是本发明各种平凹腔被动调Q激光器的原理第一示意图；
[0022] 图4是本发明各种平凹腔被动调Q激光器的原理第二示意图；
[0023] 图5是本发明各种平凹腔被动调Q激光器的原理第S示意图；
[0024] 图6是本发明各种平凹腔被动调Q激光器的原理第四示意图；
[0025] 图7是本发明实施例四、走采用高温角度匹配非线性晶体的被动调Q激光器的原 理不意图；
[0026] 图8是本发明实施例五、八分离式被动调Q紫外光激光器的原理示意图；
[0027] 图9是本发明实施例九平凹腔被动调Q激光器的原理示意图。
[002引图10是现有的平平腔腔内的光斑半径随热透镜焦距的变化的曲线示意图；
[0029] 图11是本发明平凹腔腔内的光斑半径随热透镜焦距的变化的曲线示意图。
[0030]其中；
[0031] 1、累浦系统；11、驱动源；12、累浦源；2、传能光纤；3、激光头；4、壳体；5、扩束镜； 6、准直镜；7、聚焦镜；8、谐振腔；81、反射镜；82、增益组件；821、第一增益晶体；822、第二 增益晶体；83、被动调Q晶体；84、输出镜；86、半反半透膜；9、非线性晶体；91、二倍频晶体； 92、S倍频晶体。
【具体实施方式】
[0032] 实施例一
[0033] 如图1所示，本实施方式公开一种双增益晶体被动调Q激光器，包括累浦系统1，所 述累浦系统1还禪合有依次光禪合的准直镜6、聚焦镜7、谐振腔8、二倍频晶体91和=倍 频晶体92;所述累浦系统1包括累浦源12,给累浦源12供电并提供制冷、为二倍频晶体91 和=倍频晶体92提供温度控制的驱动源11;所述谐振腔8从聚焦镜7-侧起，依次包括光 禪合的反射镜81、采用各项同性、高上能级寿命和高储能材质的第一增益晶体821、采用具 备偏振特性材质的第二增益晶体822、被动调Q晶体83和输出镜84;由反射镜81和输出镜 84构成的谐振腔8为稳定腔；所述输出镜84的出光面与所述二倍频晶体91禪合。
[0034]目前所有的技术方案都采用一块晶体作为第一增益晶体821，如要么采用采用各 项同