一种双增益晶体被动调q激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光技术领域，尤指一种双增益晶体被动调Q激光器。
【背景技术】
[0002] 自激光问世以来，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（DPSS)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（UV) 转换的应用。Nd:YV04(钒酸盐；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，钒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掺 杂第二增益晶体（240)的浓度以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))，掺杂的钒酸盐激光（237,240)是可增强以产生如同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1.444 μ m NchYAG激光医疗 机。其包括激光振荡器，激光泵浦系统，冷却系统，引导光和光纤耦合系统。所使用的激光 第二增益晶体Nd: YAG晶体掺杂Nd3+离子浓度在0. 45at% -I. 2at%之间；采用双椭圆紧包 腔，且腔内壁所附的反射材料为Ag ;采用掺杂Eu的石英玻管来虑掉泵浦灯中的紫外光辐射 和长波段的泵浦荧光。
[0005] 以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] 本实用新型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。
[0007] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008] 一种双第一增益晶体被动调Q激光器，包括泵浦系统，所述泵浦系统还耦合有依 次光耦合的准直镜、聚焦镜、谐振腔；所述泵浦系统包括泵浦源，给泵浦源供电的驱动源； 所述谐振腔从聚焦镜一侧起，依次包括光耦合的反射镜、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、泵浦源安装于泵浦系统中，为一整体；所述准直镜、聚焦 镜、谐振腔、二倍频晶体和三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l〇mm。
[0011] 进一步的，所述第一增益晶体为NchYAG晶体，其Nd离子的掺杂浓度为 0. 2 % -2 %，第二增益晶体为Nd :YV04晶体，其Nd离子的掺杂浓度为0. 1 % -3 %，Nd :YAG的 长度为Nd :YV04晶体长度为l-15mm，或者，第一增益晶体为Nd :YV04晶体其Nd 离子的掺杂浓度为为〇. 1 % -2 %，第一增益晶体（10)为Nd :YAG晶体，其Nd离子的掺杂浓 度为 0. 2% -3%。
[0012] 进一步的，所述被动调Q晶体为Cr:YAG、V:YAG、半导体饱和吸收体、石墨烯中的任 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镀膜，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三倍频晶体，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，三倍频晶体为LBO晶体、BBO晶体、BiBO晶体、CLBO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，所述泵浦源为连续半导体激光器或脉冲半导体激光器，当泵浦源为光 纤親合输出的脉冲半导体激光器时，其中心波长为808nm±5nm，880nm±5nm，885nm±5nm 中的一种或以上任意两种波长的组合；所述泵浦源通过传能光纤与所述准直镜光耦合；激 光器壳体体积小于80x80x430mm 3,其横截面积小于80x80mm2,长度小于430mm。
[0017] -种如本实用新型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：泵浦系统发出泵浦光到准直镜，准直后的泵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、以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、尚上能级寿命和尚储能材质的第一增益晶体（以下以Nd :YAG晶体为例分析）；要么米 用具备偏振特性材质的第一增益晶体（以下以Nd :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时可以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，这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，本实用 新型采用类似于Nd :YAG+Nd :YV04的双第一增益晶体方案，并且两者晶体具有对泵浦光基 本相同的吸收峰（808. 5nm和810nm)，因此采用单一泵浦源即可满足对两种第一增益晶体 的抽运，相同的发射峰（l〇64nm)，因此采用本实用新型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是本实用新型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是本实用新型一种被动调Q紫外光激光器的原理示意图；
[0021] 图3是本实用新型各种平凹腔被动调Q激光器的原理第一示意图；
[0022] 图4是本实用新型各种平凹腔被动调Q激光器的原理第二示意图；
[0023] 图5是本实用新型各种平凹腔被动调Q激光器的原理第三示意图；
[0024] 图6是本实用新型各种平凹腔被动调Q激光器的原理第四示意图；
[0025] 图7是本实用新型实施例四、七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是本实用新型实施例五、八分离式被动调Q紫外光激光器的原理示意图；
[0027] 图9是本实用新型实施例九平凹腔被动调Q激光器的原理示意图。
[0028] 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是本实用新型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、泵浦系统；11、驱动源；12、泵浦源；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、三倍频晶体。
【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，包括泵浦系统1，所 述泵浦系统1还耦合有依次光耦合的准直镜6、聚焦镜7、谐振腔8、二倍频晶体91和三倍 频晶体92 ;所述泵浦系统1包括泵浦源12,给泵浦源12供电并提供制冷、为二倍频晶体91 和三倍频晶体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 耦合的反射镜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