法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2012-07-25
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H01S3/00 授权公告日:20070815 终止日期:20110603 申请日:20050603
专利权的终止
2007-08-15
授权
授权
2006-01-18
实质审查的生效
实质审查的生效
2005-11-23
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种固体激光器,尤其是涉及一种1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器。
背景技术
Nd:YAG激光器是研究最多、应用最广泛的固体激光器,特别是激光波长为1064nm的Nd:YAG激光器。迄今,Nd:YAG激光在1000nm波段已经实现了1061nm和1064nm两个波长的激光激射(参见文献1.M.V.Okhapkin,M.N.Skvortsov,A.M.Belkin,N.L.Kvashnin,S.N.Bagayev,“Tunable single-frequency diode-pumped Nd:YAG ring laser at 1064/532nm foroptical frequency standard applications”,Optics communications 203:359-362(2002);2.K.I.Martin,W.A.Clarkson,D.C.Hanna,“High-power single-frequency operation,at 1064nm and1061.4nm of a Nd:YAG ring laser end-pumped by a beam-shaped diode bar”,Opticscommunications 135:89-92(1997);3.V.Lupei,N.Pavel,T.Taira,“1064nm laser emission ofhighly doped Nd:Yttrium aluminum garnet under 885nm diode laser pumping”,Appl.Phys.Lett.80:4309-4311(2002))。但是已有的新波长Nd:YAG全固体激光器较少,功率较小。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的新波长Nd:YAP全固体激光器较少、功率较小的不足,提供一种1052nm连续波瓦级Nd:YAG全固体激光器。
为此,本发明采用的技术方案是采用新的腔体膜系结构。
本发明设有
光纤耦合输出的808nm连续激光二极管(LD);
耦合光纤,耦合光纤输入端接激光二极管的光纤耦合输出端;
耦合透镜组,耦合透镜组的输入端接耦合光纤的输出端,用于对泵浦光的准直与聚焦入激光晶体的耦合作用;
激光输入腔镜,激光输入腔镜设于耦合透镜组的输出端,作为激光器的输入腔镜;
带温控装置的Nd:YAP激光晶体,激光晶体的输入端面接激光输入腔镜,温控装置可采用常规的半导体制冷器;
激光输入腔镜放置于Nd:YAP激光晶体的输出端,作为激光器的输出腔镜。
本发明通过特殊的腔体设计,在Nd:YAG激光晶体中首次实现了808nm LD泵浦1052nm新波长的激光连续运转,而且输出功率达3W,这将为1000nm波段的Nd:YAG激光扩大应用领域具有重要的学术意义与使用价值。本发明的突出效果将在具体实施方式中加以说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的激光晶体冷却装置示意图。
图3为图2的剖面图。
图4为本发明实施例的LD泵浦1052nm激光输出激光功率与泵浦功率关系曲线。
图5为本发明实施例1052nm输出激光的光谱图。其中,光谱分辨率为0.2nm。
图6为本发明实施例1052nm输出激光的光谱图。其中,光谱分辨率为0.01nm。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-3所示,本发明设有光纤耦合输出的808nm连续激光二极管LD;耦合光纤S输入端接激光二极管LD的光纤耦合输出端;由一对焦距为10mm组成的耦合透镜组M的输入端接耦合光纤S的输出端,用于对泵浦光的准直与聚焦入激光晶体的耦合作用;激光输入腔镜M1采用镀808nm增透(T≈97%)和1052nm高反(R>99.5%)介质膜,作为激光器的输入腔镜,激光输入腔镜M1设于耦合透镜组M的输出端;带温控装置TEC2的Nd:YAP激光晶体的输入端面接激光输入腔镜M1,温控装置TEC2可采用常规的半导体制冷器;激光输出腔镜M2放置于Nd:YAP激光晶体的输出端,作为激光器的输出腔镜。
带温控装置TEC2的激光晶体Nd:YAG,具体镀膜指标如下;
激光输出腔镜M2:镀1064nm、1061.4nm高透(T>70%)和1052nm部分透射(T=4.5%)介质膜,作为激光器的输出腔镜。整个光学耦合系统、晶体设计及温控装置、激光谐振腔体固定于10mm厚的硬铝型材上,各个部分均安装在三维和五维精密调整架上,便于调整至同一光路上,硬铝型材的另外一个重要作用是起到温控装置TEC2的散热作用(附微型风扇)。
在激光器设计过程中,采用LD光纤耦合输出,经一对组合透镜(焦距为10mm)后,进入激光晶体进行泵浦,通过透镜组调节,可改变泵浦激光在激光晶体中模式大小。通过LD的温度调整,可使LD输出激光波长至Nd:YAG激光晶体的最大吸收峰-808nm,从而可以充分利用泵浦功率,使激光器更趋于紧凑。此外,本发明选择在Nd:YAG晶体的输入端面上镀上808nm,1052nm增透,激光晶体的另一端面直接镀1053nm增透(T>98%),以减少激光腔体损耗。对于腔体,选取对热效应较不敏感的、有大可控模体积的平凹稳定腔结构,有效地补偿了LD泵浦固体激光器的热透镜效应,提高了激光器性能和输出稳定性。晶体的选择则增加激光棒长度及减小其端面直径,以期达到泵浦光模式和激光模式的最佳匹配。
由于Nd:YAG激光在1000nm波段已经实现了1061nm,1064nm两个波长的激光激射,其中1064nm的增益最大,1061nm的增益次之,而1052nm的增益最小,但是,相对于1112nm,1052nm更靠近1064nm和1061.4nm这两条最强谱线,为了能抑制这两条最近且最强的谱线,本发明采用特殊的膜系设计,使得输出耦合镜的透射率在1064nm和1061nm处要比在1052nm处大得多,导致它们的激光起振阈值比1052nm大,这样,使得在1052nm处谱线通过竞争,首先达到激射,产生激光,并抑制了1064nm和1061nm这两条最强的谱线产生激射,从而,产生1052nm这一新波长激光。
图4为1052nm激光输出功率(1052nm power/W)与注入泵浦激光功率(Incident pumppower/W)关系曲线,从图4中可以看出:该激光器的阈值很低,约只有0.3W,最佳光转换效率约20%,在输入泵浦功率为17W时,所输出的1052nm激光功率达3W,输出激光的稳定性优于3%。图5为光谱分析仪(OSA)的分辨率为0.2nm时测得的1052nm激光光谱,可见,激光的峰值波长为1052.6nm,激光谱线宽度为0.1nm。当OSA的分辨率为0.01nm,测得的激光光谱如图6所示,可见1052nm激光由6个峰构成,这是激光器的多纵模光谱,波长分别为:1052.392nm,1052.446nm,1052.502nm,1052.556nm,1052.608nm和1052.660nm相邻波长间隔相同,均约等于0.055nm,并由腔体结构中激光晶体参数决定的。
本发明所得到的最大输出功率为3W的LD泵浦Nd:YAG 1052nm新波长连续全固体激光器是至今输出最大功率的LD泵浦Nd:YAG全固体激光器,其实验成果与国际上报道的最高水平的比较情况如下表所示,在表中,仅列出国际上报道的LD泵浦Nd:YAG全固体连续单一波长(特别是1061.4nm和1064nm)激光运转最高水平与本发明的LD泵浦1052nm新波长的激光性能对比。
LD泵浦Nd:YAG 1000nm主要波长连续激光器指标对比一览表
文献2:K.I.Martin,W.A.Clarkson,D.C.Hanna,“High-power single-frequency operation,at 1064nm and 1061.4nm of a Nd:YAG ring laser end-pumped by a beam-shapeddiode bar”,Optics communications 135:89-92(1997)
机译: 连续波,荧光固体激光器
机译: 连续波,光学波段固体激光器的改进
机译: 具有两种有源介质的激光:具有连续波操作模式和同时开关的YAG