專利名稱：一種側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光器，特別涉及一種基于自倍頻晶體的全固態激光器。
背景技術：
自變頻晶體是一種獲得可見激光輸出的理想方式。將激活離子摻雜入一塊具有非線性光學特性的晶體，使其既是激光晶體，又具有非線性的功能。當晶體的切割方向沿相位匹配的方向切割時，就可以在晶體內部對離子產生的基頻激光直接進行自倍頻、自和頻、自差頻、或者自參量振蕩，從而獲得不同波長的自變頻激光輸出。從原理上講，自變頻激光器結構簡單緊湊，穩定性強，制作成本低。近年來人們一直在探索高效的、適合實用化的自變頻晶體，其中主要研究對象是自倍頻晶體。但目前的自倍頻激光器多采用端面泵浦方式，例如專利“一種適于激光顯示用的自倍頻綠光固體激光器”(201010272964. 3)，“一種低功率的綠光激光筆” (201010130463. I)和“一種單頻可見光激光器”(201010159919.7)。這種方式屬縱向泵浦，即激光方向沿著泵光吸收方向。為了實現高效的自倍頻輸出，在設計晶體長度一個參數時，就要同時考慮泵浦光的充分吸收、泵浦光和激光的交疊率，以及倍頻轉換效率。設計較為復雜。另外，泵光入從晶體的一個端面入射，端面熱效應最嚴重，高功率時容易斷裂，制約了最大泵浦功率，目前，泵浦功率多限制在十瓦量級。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，從而提供一種側面泵浦棒狀自倍頻晶體的激光器。本發明的目的是這樣實現的本發明提供的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其包括圓棒狀自倍頻晶體、泵浦源、激光諧振腔及冷卻散熱裝置；所述散熱裝置包括泵浦源散熱裝置和晶體散熱裝置；所述泵浦源為位于所述圓棒狀自倍頻晶體側面的半導體二極管泵浦源，所述泵浦源被固定在泵浦源散熱裝置上；所述泵浦源發出的泵浦光從圓棒狀自倍頻晶體側面進入并被吸收；激光諧振腔由分別位于所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面外側的激光腔鏡A和激光腔鏡B組成，或由直接鍍在所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面上的激光腔鏡膜組成；所述晶體散熱裝置設有冷卻液體入口和冷卻液體出口，冷卻液由冷卻液體入口進入，流過圓棒狀自倍頻晶體側面，通過熱交換帶走圓棒狀自倍頻晶體內產生的熱量，再從冷卻液體出口流出；所述晶體散熱裝置在圓棒狀自倍頻晶體側面與泵浦源之間部分為透光結構，以密封冷卻液并使泵浦源發出的泵浦光透過。所述圓棒狀自倍頻晶體為摻釹四硼酸釔鋁自倍頻晶體(簡稱Nd:YAB)、摻鐿四硼酸釔鋁自倍頻晶體(簡稱Yb:YAB)、摻釹三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體(簡稱Nd = GdCOB)、 摻釹三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體(簡稱Nd:YC0B)、摻鐿三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體(簡稱
3Yb:6dC0B)、摻鐿三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體(簡稱Yb:YC0B)或摻鉺三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體。所述棒狀自倍頻晶體的直徑為2 10mm，長度為10 80臟，切割角度為該自倍頻晶體的相位匹配方向。所述圓棒狀自倍頻晶體為整塊相同摻雜濃度的晶體，或為在所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面鍵合純基質材料的晶體，所述純基質材料為本行業人士所熟知。所述的泵浦源為mXn個，m為泵浦源圍數，所述泵浦源圍數是指環繞圓棒狀自倍頻晶體一圈均勻放置m個泵浦源；n是泵浦源列數，所述泵浦源列數是指所述圓棒狀自倍頻晶體一側放置η個泵浦源；m、n具體取值，熟悉本領域的技術人員可自行設定，例如m為I、 3、5、7或者9，11為I至9的整數。所述激光諧振腔鏡A和激光諧振腔鏡B為平凹鏡、平平鏡或平凸鏡；所述激光諧振腔鏡A上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體一端面上的激光腔鏡膜均為對于基頻激光和倍頻激光的R > 99%雙高反膜；所述激光諧振腔鏡B上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體另一端面上的激光腔鏡膜為對于基頻激光R > 99%高反膜和對于倍頻激光T > 90%高透膜。本發明的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，還可包括放置于所述圓棒狀自倍頻晶體側面非泵浦光入射部位的聚光腔，以將散射或未吸收而透過的泵浦光收集并匯聚到所述圓棒狀自倍頻晶體內再次吸收。本發明的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器與現有技術相比具有如下優點1、減小了設計復雜性。設計晶體尺寸時，只需要根據倍頻效率設計最晶體長度，而同過設計晶體棒直徑來實現泵光的充分吸收。2、提高了最大泵浦功率。與端面泵浦相比，本發明進行從晶體棒側面進行m圍、η 列泵浦，增多了泵浦光入射部位，可以提高最大泵浦功率。3、降低了泵浦源成本。端面泵浦的泵源多為光纖耦合LD，而本發明的泵源為成本較低的微通道或者CS封裝，在相同泵浦功率條件下，降低了激光器的制作成本。


圖I是3圍2列的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器的結構示意圖；
圖2是垂直晶體軸向的剖視圖；圖3是實施例2直接將腔鏡Α、B直接鍍在晶體端面的結構示意圖。圖4是實施例2的加入聚光腔后垂直晶體軸向的剖視圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。圖I是3圍2列的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器的結構示意圖；圖2是垂直晶體軸向的剖視圖；圖3是實施例2直接將腔鏡Α、B直接鍍在晶體端面的結構示意圖；圖 4是實施例2的加入聚光腔后垂直晶體軸向的剖視圖；由圖可知，本發明的本發明提供的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其包括圓棒狀自倍頻晶體I、泵浦源2、激光諧振腔及冷卻散熱裝置；所述散熱裝置包括泵浦源散熱裝置3和晶體散熱裝置5 ；
所述泵浦源為位于所述圓棒狀自倍頻晶體I側面的半導體二極管泵浦源，所述泵浦源被固定在泵浦源散熱裝置上；所述泵浦源發出的泵浦光4從圓棒狀自倍頻晶體I側面進入并被吸收；激光諧振腔由分別位于所述圓棒狀自倍頻晶體I兩個端面外側的激光腔鏡A和激光腔鏡B組成，或由直接鍍在所述圓棒狀自倍頻晶體I兩個端面上的激光腔鏡膜組成；所述晶體散熱裝置5設有冷卻液體入口和冷卻液體出口，冷卻液由冷卻液體入口進入，流過圓棒狀自倍頻晶體I側面，通過熱交換帶走圓棒狀自倍頻晶體I內產生的熱量， 再從冷卻液體出口流出；所述晶體散熱裝置5在圓棒狀自倍頻晶體I側面與泵浦源5之間部分為透光結構，以密封冷卻液并使泵浦源發出的泵浦光透過。所述圓棒狀自倍頻晶體I為摻釹四硼酸釔鋁自倍頻晶體(簡稱Nd:YAB)、摻鐿四硼酸釔鋁自倍頻晶體(簡稱Yb:YAB)、摻釹三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體(簡稱Nd = GdCOB)、 摻釹三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體(簡稱Nd:YC0B)、摻鐿三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體(簡稱 Yb:GdCOB)、摻鐿三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體(簡稱Yb:YC0B)或摻鉺三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體。所述棒狀自倍頻晶體I的直徑為2 10臟，長度為10 80臟，切割角度為該自倍頻晶體的相位匹配方向。 所述圓棒狀自倍頻晶體I為整塊相同摻雜濃度的晶體，或為在所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面鍵合純基質材料的晶體，所述純基質材料為本行業人士所熟知。所述的泵浦源為mXn個，m為泵浦源圍數，所述泵浦源圍數是指環繞圓棒狀自倍頻晶體I 一圈均勻放置m個泵浦源；n是泵浦源列數，所述泵浦源列數是指所述圓棒狀自倍頻晶體I 一側放置η個泵浦源；m、η具體取值，熟悉本領域的技術人員可自行設定，例如m 為1、3、5、7或者9，η為I至9的整數。所述激光諧振腔鏡A和激光諧振腔鏡B為平凹鏡、平平鏡或平凸鏡；所述激光諧振腔鏡A上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體I 一端面上的激光腔鏡膜均為對于基頻激光和倍頻激光的R > 99%雙高反膜；所述激光諧振腔鏡B上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體I另一端面上的激光腔鏡膜為對于基頻激光R > 99%高反膜和對于倍頻激光T > 90%高透膜。本發明的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，還可包括放置于所述圓棒狀自倍頻晶體I側面非泵浦光入射部位的聚光腔6，以將散射或未吸收而透過的泵浦光收集并匯聚到所述圓棒狀自倍頻晶體I內再次吸收。實施例I參考圖I和圖2，本實施例制作一種3圍(m = 3) 2列(η = 2)側面泵浦的自倍頻
激光器。本實施例中，圓棒狀自倍頻晶體I采用一塊尺寸為Φ 3mmX 20mm、摻雜濃度8at. % 的Nd = GdCOB晶體，軸向為1060nm激光的相位匹配方向。圓棒狀自倍頻晶體I放置在晶體散熱裝置5內，晶體散熱裝置5的兩端留有對稱的Φ 3mm圓孔，剛好放入圓棒狀自倍頻晶體 I后用704膠密封好，或者采用O圈壓式結構將其密封好；晶體散熱裝置5側面采用石英玻璃管(即隔離透光結構)，起到密封冷卻液而使泵浦光透過的作用；冷卻液采用蒸餾水，冷卻液從冷卻液體入口進入，流過圓棒狀自倍頻晶體I的側面，通過熱交換帶走圓棒狀自倍頻晶體I內產生的熱量，再從冷卻液體出口流出。LD輸出激光波長為81lnm，采用微通道封裝形式；本實施例采用3圍2列側面泵浦方式，即在圓棒狀自倍頻晶體I截面方向上，三個LD均勻分布在晶體棒側面；在晶體棒軸向方向上，有2列LD ;這樣，六個LD(圖I和2中僅示出2-1，2-2，2-3，2-4)分別固定在各自的泵浦源散熱裝置(圖I和圖2中僅示出3-1，3-2，3-3，3-4，3-6)上進行散熱；LD發出的泵浦光4從圓棒狀自倍頻晶體I側面進入圓棒狀自倍頻晶體I被吸收。激光腔鏡A為平鏡，其上鍍有對于1060nm激光和530nm激光的雙高反膜，作為高反腔鏡；激光腔鏡B為平凹鏡，其凹面靠近圓棒狀自倍頻晶體I端面，凹面上鍍有對于 1060nm激光高反射和對于530nm激光高透過的膜，平面鍍有對于530nm激光高透過的膜，作為輸出鏡；激光腔鏡A和激光腔鏡B提供正反饋，從而形成激光諧振。 對于本實施例提供的側面泵浦的自倍頻激光器，當給LD加電流，使LD輸出大功率激光時，圓棒狀自倍頻晶體I充分吸收泵浦光并進行有效散熱，圓棒狀自倍頻晶體I內存在激光增益，在由激光腔鏡A和激光腔鏡B組成的諧振腔中形成激光振蕩，從而得到激光輸出，1060nm激光在激光諧振腔內振蕩，由于圓棒狀自倍頻晶體I按相位匹配角切割，諧振腔內的1060nm激光功率密度非常高，通過非線性光學頻率變換，轉換為530nm激光，在激光諧振腔鏡B (輸出鏡)端輸出。實施例2，請參照圖3和圖4，本實施例與實施例I類似，不同之處在于I、圓棒狀自倍頻晶體I采用一塊尺寸為Φ4πιπιΧ30πιπι、摻雜濃度8at. %的Nd = YCOB 晶體，軸向為1060nm激光的相位匹配方向；2、激光腔鏡A和激光腔鏡B不采用獨立的鏡片，而是直接在圓棒狀自倍頻晶體I 兩個端面上分別鍍膜(以形成激光腔鏡膜A和激光腔鏡膜B)，形成激光諧振腔，如圖3所示；3、在圓棒狀自倍頻晶體I側面非泵浦光入射處增加聚光腔6，如圖4所示。實施例3本實施例制作一種5圍7列側面泵浦的自倍頻激光器。本實施例與實施例I類似，不同之處主要有I、采用5圍7列的泵浦源，總共需要35個LD泵浦源；2、圓棒狀自倍頻晶體I米用兩個Φ 3mmx35mm的棒鍵合成一根<i)3mmx70mm晶體棒。圓棒狀自倍頻晶體I的散熱裝置5尺寸也根據晶體棒長度的改變而進行調整。 圓棒狀自倍頻晶體I也可以采用兩個Φ 3mmx30mm的8at. %的Nd: GdCOB鍵合成一根 Φ 3mmX6Omm晶體棒，兩端再各鍵合一個Φ 3mmx5mm的GdCOB晶體,形成一根Φ 3mmx7Omm晶體棒，用來更好的散熱。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變型，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其包括圓棒狀自倍頻晶體、泵浦源、激光諧振腔及冷卻散熱裝置；所述散熱裝置包括泵浦源散熱裝置和晶體散熱裝置；所述泵浦源為位于所述圓棒狀自倍頻晶體側面的半導體二極管泵浦源，所述泵浦源被固定在泵浦源散熱裝置上；所述泵浦源發出的泵浦光從圓棒狀自倍頻晶體側面進入并被吸收；激光諧振腔由分別位于所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面外側的激光腔鏡A和激光腔鏡B組成，或由直接鍍在所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面上的激光腔鏡膜組成；所述晶體散熱裝置設有冷卻液體入口和冷卻液體出口，冷卻液由冷卻液體入口進入， 流過圓棒狀自倍頻晶體側面，通過熱交換帶走圓棒狀自倍頻晶體內產生的熱量，再從冷卻液體出口流出；所述晶體散熱裝置在圓棒狀自倍頻晶體側面與泵浦源之間部分為透光結構，以密封冷卻液并使泵浦源發出的泵浦光透過。
2.根據權利要求I所述的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，所述圓棒狀自倍頻晶體為摻釹四硼酸釔鋁自倍頻晶體、摻鐿四硼酸釔鋁自倍頻晶體、摻釹三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體、摻釹三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體、摻鐿三硼酸鈣氧釓自倍頻晶體、摻鐿三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體或摻鉺三硼酸鈣氧釔自倍頻晶體。
3.根據權利要求I所述的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，所述棒狀自倍頻晶體的直徑為2 10mm，長度為10 80mm，切割角度為該自倍頻晶體的相位匹配方向。
4.根據權利要求2所述的側面泵圓形浦棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，所述圓棒狀自倍頻晶體為整塊相同摻雜濃度的晶體，或為在所述圓棒狀自倍頻晶體兩個端面鍵合純基質材料的晶體。
5.根據權利要求I所述的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，所述的泵浦源為mXn個，m為泵浦源圍數，所述泵浦源圍數是指環繞圓棒狀自倍頻晶體一圈均勻放置m個泵浦源；n是泵浦源列數，所述泵浦源列數是指所述圓棒狀自倍頻晶體一側放置η個泵浦源。
6.根據權利要求I所述的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，所述激光諧振腔鏡A和激光諧振腔鏡B為平凹鏡、平平鏡或平凸鏡；所述激光諧振腔鏡A上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體一端面上的激光腔鏡膜均為對于基頻激光和倍頻激光的R > 99%雙高反膜；所述激光諧振腔鏡B上的激光腔鏡膜與鍍于所述圓棒狀自倍頻晶體另一端面上的激光腔鏡膜為對于基頻激光R > 99% 高反膜和對于倍頻激光T > 90%高透膜。
7.根據權利要求I所述的側面泵浦圓棒狀自倍頻晶體激光器，其特征在于，還包括放置于所述圓棒狀自倍頻晶體側面非泵浦光入射部位的聚光腔，以將散射或未吸收而透過的泵浦光收集并匯聚到所述圓棒狀自倍頻晶體內再次吸收。
全文摘要
一種側面泵浦棒狀自倍頻晶體的激光器，包括圓棒狀自倍頻晶體、泵浦源、激光諧振腔及冷卻散熱裝置；棒狀晶體置于晶體散熱裝置內，通過冷卻液的熱交換帶走晶體內熱，再從出口流出；泵浦源為半導體二極管被固定在各自的泵浦源散熱裝置上，泵浦源發出的泵浦光從晶體側面進入并被吸收；晶體散熱裝置在棒狀晶體側面和泵浦源之間有一隔離透光結構，起到密封冷卻液而使泵浦光透過作用；激光諧振腔由分別置于棒狀晶體兩端外側的激光腔鏡A和激光腔鏡B組成，或由直接鍍在棒狀晶體兩端面上的激光腔鏡膜組成；其結構簡單，只需根據倍頻效率設計晶體長度和直徑；棒狀晶體側面的m圍n列泵浦源，可增多泵浦光入射部位，提高泵浦功率，降低制作成本。
文檔編號H01S3/16GK102593706SQ20121000856
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者于浩海, 宗楠, 張懷金, 彭欽軍, 王正平, 王繼揚, 申玉, 許祖彥 申請人:中國科學院理化技術研究所, 山東大學