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1、10申请公布号CN102025100A43申请公布日20110420CN102025100ACN102025100A21申请号201010299206022申请日20100929H01S3/16200601H01S3/06200601H01S3/109200601H01S3/094120060171申请人山东大学地址250100山东省济南市历城区山大南路27号申请人中国科学院理化技术研究所72发明人王继扬张怀金于浩海王正平蒋民华许祖彦宗楠彭钦军74专利代理机构北京法思腾知识产权代理有限公司11318代理人杨小蓉高宇54发明名称一种基于自倍频激光晶体的单频可见光激光器57摘要本发明涉及一种单频可。
2、见光激光器，包括泵浦源和激光晶体，泵浦源输出光前方光路上设置激光晶体；激光晶体为一块自倍频激光晶体，该自倍频激光晶体是沿该晶体I类倍频相位匹配方向加工成厚度011MM的片状，自倍频激光晶体两端面为通光面，入射端面镀以对泵浦光增透，且对基频光和倍频光高反的介质膜；激光输出端面上镀对泵浦光和基频光高反，且对倍频光波段高透的介质膜；泵浦源的发射中心波长为自倍频晶体的吸收波长，泵浦光从自倍频晶体入射端面注入自倍频晶体中，泵浦光功率达到阈值后，由自倍频晶体直接输出单频可见激光。本发明的单频可见光激光器具有易实现单频输出、操作简单、体积小、性能可靠、有利于工业化生产等特点。51INTCL19中华人民共和国。
3、国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页CN102025114A1/1页21一种单频可见光激光器，包括泵浦源和激光晶体，其中，所述的泵浦源输出光前方光路上设置所述激光晶体；其特征在于，所述的激光晶体为一块自倍频激光晶体，所述的自倍频激光晶体是沿该晶体I类倍频相位匹配方向加工成厚度011MM的片状，所述的片状的自倍频激光晶体两端面为通光面，该自倍频激光晶体的入射端面镀以对泵浦光增透，且对基频光和倍频光高反的介质膜；在自倍频晶体的激光输出端面上镀对泵浦光和基频光高反，且对倍频光波段高透的介质膜；所述的泵浦源的发射中心波长为自倍频晶体的吸收波长，泵浦光从自倍频晶体入射端面注入自。
4、倍频晶体中，泵浦光功率达到阈值后，由自倍频晶体直接输出单频可见激光。2根据权利要求1所述的单频可见光激光器，其特征在于，还包括一LD光学耦合部件，所述的LD光学耦合部件设置在泵浦源和自倍频晶体之间的光路中。3根据权利要求2所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述的光学耦合部件为焦距F5MM1000MM的凸透镜、光纤、非球面透镜或柱面镜。4根据权利要求1所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述自倍频激光晶体为钕掺杂的硼酸钙氧钇NDYCA4OBO33、硼酸钙氧钆NDGDCA4OBO33、四硼酸铝钇晶体NDYAL3BO34或者四硼酸铝钆晶体NDGDAL3BO34，其中ND3掺杂浓度是0001025A。
5、T。5根据权利要求4所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述钕掺杂的硼酸钙氧钇的切割角度为905，355；1485，05；所述硼酸钙氧钆的切割角度为905，465；1605，05；或者1135，4755；所述四硼酸铝钇晶体的切割角度为305；所述四硼酸铝钆晶体的切割角度为305。6根据权利要求1所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述的自倍频激光晶体截面为矩形或圆形，通光面形为平面、球面或非球面。7根据权利要求1所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述的泵浦源为连续或者脉冲运转的半导体激光器、光纤激光器或者钛宝石激光器；8根据权利要求7所述的单频可见光激光器，其特征在于，所述的半导体激光器为半。
6、导体激光二极管，所述的半导体激光二极管为单管结构、列阵结构或面发射结构。权利要求书CN102025100ACN102025114A1/5页3一种基于自倍频激光晶体的单频可见光激光器技术领域0001本发明涉及一种全固态激光领域，特别涉及一种基于自倍频激光晶体的全固体单频可见光激光器。背景技术0002全固态单频激光器具有稳定性高、能量更集中、相干性更好等特点，是喇曼光谱仪、基因分析、光频标准、相干光通信、激光光谱技术、精密测量、激光雷达等关键的光源。自倍频激光晶体就是将晶体的激光与非线性倍频以及合频激光性能结合于一体，实现了其功能的复合。而将介质膜镀于晶体的表面，采用微片的形式实现激光输出，可以使。
7、激光器的尺寸大大降低毫米量级，更是实现了功能晶体的小型化、复合化以及材料器件一体化的特点。0003根据激光原理，激光的频率主要由纵模频率的纵向分布和横模频率的横向分布决定。对于端面泵浦的激光器来说，单横模的获得比较容易，其模式变化可以通过肉眼直接看出来。一般在功率较低小于1W、热效应不明显的情况下，单横模会首先达到阈值，进行起振，即便是在高功率下，也可以通过调节晶体角度、聚焦的距离或通过小孔限制高阶横模的起振，实现单横模输出。由于单横模较易实现，因此对于单频激光器的获得，其关键因素是单纵模的实现。0004目前单频激光器的获得，主要是由在谐振腔中加入法布里一珀罗标准具或者双折射滤波器通过选频获得。
8、，或者通过设计单块非平面环形腔或者微腔进行获得。其中通过微腔LD泵浦的全固体单频激光技术，高兰兰、檀慧明，激光与激光技术，11，2002811进行直接获得，是结构最为简单、操作最为容易的获得方式。其设计原理是通过减小腔长、增大谐振腔的纵模间隔使其与激光晶体的增益曲线的带宽相当，使处于增益中心的频率成分会首先起振，而处于增益曲线边缘的频率成分由于达不到阈值条件而得到抑制，使激光器实现单频输出。基于单频微腔激光器的可见光的获得，一般需用两块晶体，一块为激光晶体应用较多的是NDYVO4、一块为非线性倍频或者合频应用较多的是KTP，LBO等晶体，这样的实现方式具有以下明显的缺点1尺寸大，使得纵模间隔变。
9、小，难以获得单频激光输出；2操作复杂，在实现非线性激光输出时，激光晶体和非线性晶体的位置、角度等都需要进行优化，使之匹配；3制作工艺复杂，在实现单频可见激光输出时，由于需要用两块晶体激光晶体和非线性晶体，该两种晶体的生长与加工方法以及镀膜方式等都存在差异，所以制作工艺相对较为复杂，从而使得价格也较高。发明内容0005本发明的目的在于，针对目前单频可见激光的重要需求，以及目前该类激光器存在的问题，从而提供一种使用一块自倍频激光晶体，并沿该晶体倍频相位匹配方向加工成片状，利用泵浦源泵浦自倍频晶体，通过自倍频晶体中的激光与非线性转换，直接说明书CN102025100ACN102025114A2/5页。
10、4实现单频可见激光输出的单频可见光激光器。该单频可见光激光器是用一块自倍频晶体取代原有的激光和非线性两种晶体，从而使其尺寸变小，可以在加工条件允许的情况下，做到亚毫米量级；进行非线性输出时，只需对该自倍频材料进行调整即可，操作简单；制作时只对本自倍频晶体进行加工，制作工艺简单，导致价格也相对便宜。0006本发明的目的是这样实现的0007本发明提供的单频可见光激光器，包括泵浦源和激光晶体，其中，所述的泵浦源输出光前方光路上设置所述激光晶体；其特征在于，所述的激光晶体为一块自倍频激光晶体，所述的自倍频激光晶体是沿该晶体I类倍频相位匹配方向加工成厚度011MM的片状，所述的片状的自倍频激光晶体两端面。
11、为通光面，该自倍频激光晶体的入射端面镀以对泵浦光增透，且对基频光和倍频光高反的介质膜；在自倍频晶体的激光输出端面上镀对泵浦光和基频光高反，且对倍频光波段高透的介质膜；所述的泵浦源的发射中心波长为自倍频晶体的吸收波长，泵浦光从自倍频晶体入射端面注入自倍频晶体中，泵浦光功率达到阈值后，由自倍频晶体直接输出单频可见激光。0008在上述的技术方案中，还包括一LD光学耦合部件，所述的LD光学耦合部件设置在泵浦源和自倍频晶体之间的光路中，通过该LD光学耦合部件将光入射到晶体中。0009在上述的技术方案中，所述的光学耦合部件为焦距F5MM1000MM的凸透镜、光纤、非球面透镜或柱面镜。0010在上述的技术方。
12、案中，所述的自倍频晶体为掺钕硼酸钙氧钇NDYCA4OBO33以下简写NDYCOB、硼酸钙氧钆NDGDCA4OBO33，简写NDGDCOB、掺钕四硼酸铝钇晶体以下简称NDYAB、掺钕四硼酸铝钆晶体简称NDGDAB；其中ND3掺杂浓度是0001025AT。0011在上述的技术方案中，所述钕掺杂的硼酸钙氧钇的切割角度为905，355；1485，05；0012所述硼酸钙氧钆的切割角度为905，465；1605，05；或者1135，4755；0013所述四硼酸铝钇晶体的切割角度为305；0014所述四硼酸铝钆晶体的切割角度为305。0015在上述的技术方案中，该自倍频晶体的两个通光端面均镀上介质膜，该介。
13、质膜为有利于泵浦光吸收、基频光如094M、106M、109M或133M振荡和倍频输出如047M、053M、055M或者066M的介质膜。0016在上述的技术方案中，所述的泵浦源为半导体激光二极管LD；所述的半导体激光二极管泵浦光注入自倍频晶体中，泵浦光功率达到阈值后，由自倍频晶体直接输出单频可见激光。所述的半导体激光二极管为单管结构、列阵结构或面发射结构；其中，该半导体激光二极管中心发射波长为自倍频晶体对应的吸收波长，如NDYCOB和NDGDCOB晶体可以为7855NM、7955NM、8125NM、8685NM或8885NM。0017在上述的技术方案中，所述的自倍频晶体的通光面为平面、球面或者。
14、非球面。0018本发明提供的单频可见光激光器具有输出激光为可见光包括绿光、蓝光和红光中的一种，输出为单频输出，可以为喇曼光谱仪、基因分析、光频标准、相干光通信、激光光谱技术、精密测量、激光雷达等提供体积小、操作简单的重要光源。说明书CN102025100ACN102025114A3/5页50019本发明提供的单频可见光激光器，使用一块自倍频晶体，该自倍频晶体可以为钕掺杂的自倍频晶体包括NDGDCOB，NDYCOB，NDYAB，NDGDAB等晶体材料，其基频光波长为094M、106M、109M或133M，沿其该自倍频晶体对应的其I类倍频方向切割呈片状，端面为长方形、圆形或椭圆形。入射端面镀以对泵。
15、浦光增透，且对振荡光和倍频光高反的介质膜，在自倍频晶体的激光输出端面上镀对振荡光和基频光高反，且对倍频光波段高透的介质膜。当泵浦源采用连续或者脉冲半导体激光器、光纤激光器或者钛宝石激光器进行泵浦，但其泵浦源波长对应钕离子的吸收波长，即泵浦方式为端面泵浦，泵浦光从自倍频晶体入射端面注入自倍频晶体中，泵浦光功率达到阈值后，由自倍频晶体直接输出单频可见激光。因此，本发明提供的单频可见光激光器具有以下优点00201单频可见光输出容易。本发明的可见单频激光器是集激光与非线性过程于一身，器件尺寸在毫米量级，复合单频微腔激光器的条件，容易实现单频输出。00212操作简单。本发明的单频可见光激光器，其核心为一。
16、块自倍频晶体，在使用时，只需将泵浦光入射如晶体中即可获得可见单频激光的输出，无需复杂的调节。00223成本低。本发明的单频激光器，是用一块自倍频晶体即可实现，将其自身的激光和倍频效应集于一身，减少了加工过程，降低了成本。附图说明0023图1为本发明的单频可见光激光器的结构示意图0024图2为本发明泵浦光通过耦合系统泵浦的单频可见光激光器的结构示意图0025图面说明00261泵浦源2入射端介质膜00273自倍频晶体4输出端介质膜00285单频可见激光6LD光学耦合部件具体实施方式0029下面根据实施例和附图对本发明做进一步详细地说明0030实施例10031参考图1，制作一本发明的单频可见激光器，。
17、该激光器输出绿光的激光器。利用发射波长为812NM半导体激光器作为泵浦源1，激光工作介质为以NDYCOB激光自倍频晶体，该激光晶体的ND3离子浓度为01AT，NDYCOB激光晶体作为激光工作介质和自倍频晶体3。该绿光激光器包括泵浦源1输出光前方光路上设置自倍频晶体3，采用端面泵浦，平平腔结构制成单频绿光激光器。激光二极管作为泵浦源1、NDYCOB晶体3等三部分。其中该NDYCOB自倍频晶体的ND3离子浓度为01AT，沿该晶体I类倍频相位匹配方向加工，切成厚度01MM的片状，即两个通光面之间的厚度为01MM。该自倍频晶体的两个端面为通光面，该通光面为平面、晶体轴向为方形、加工角度为90，35。为。
18、加强对于泵浦光的吸收，可以在自倍频晶体的激光输出端镀在镀以上述膜系的基础上镀以对泵浦光高反射的介质膜。，在即自倍频晶体的泵浦光入射端面镀有对812NM增透膜，且对10511M和0525055M两个波段高反的介质膜2，在说明书CN102025100ACN102025114A4/5页6自倍频晶体的激光输出端面上镀对812NM和10511M波段高反，且对0525055M波段高透的介质膜4，这样的膜系有利于泵浦光的充分吸收，提高泵浦强度，提高激光效率。加大泵浦功率，可直接输出单频绿光激光5。0032实施例20033如实施例1结构所述，所不同的是对NDYCOB自倍频晶体3沿113，365方向加工。003。
19、4实施例30035如实施例1结构所述，所不同的是NDYCOB自倍频晶体3的加工角度为148，0。0036实施例40037如实施例1结构所述，所不同的是在自倍频晶体3两个通光面之间的厚度为08MM，或者1MM。0038实施例50039如实施例1所述，所不同的是自倍频晶体选用NDGDCOB，加工角度为90，46。0040实施例60041如实施例5所述，所不同的是NDGDCOB的自倍频晶体的加工角度为160，0。0042实施例70043如实施例5所述，所不同的是NDGDCOB的自倍频晶体的加工角度为113，由475。0044实施例80045如实施例1所述，所不同的是自倍频晶体输入端面镀以对812NM。
20、和10511M的增透膜，且对091M和04505M两个波段高反的介质膜，在自倍频晶体的激光输出端面上镀对812NM和091M波段高反，且对04505M和10511M波段高透的介质膜，晶体切割方向为094M转换为047M的I类倍频方向，晶体长度为05MM，实现其单频蓝光输出。0046实施例90047如实施例1所述，所不同的是自倍频晶体输入端面镀以对812NM和10511M的增透膜，且对1314M和06507M两个波段高反的介质膜，在自倍频晶体的激光输出端面上镀对812NM和1314M波段高反，且对06507M和10511M波段高透的介质膜，晶体切割方向为133M转换为067M的I类倍频方向，晶体。
21、长度为1MM，实现其单频红光输出。0048实施例100049如实施例1所示，所不同的是自倍频晶体为NDYAB晶体，晶体切割方向为106M转换为053M的I类倍频方向，实现其单频绿光输出。0050实施例110051如实施例1所示，所不同的是自倍频晶体为NDGDAB晶体，晶体切割方向为106M转换为053M的I类倍频方向，实现其单频绿光输出。说明书CN102025100ACN102025114A5/5页70052实施例120053如实施例1所示，所不同的是采用中心波长为8885NM的LD作为泵浦源，直接将泵浦光注入自倍频晶体中制作的单频绿光激光，相应的自倍频入射端面镀HT888NM，HR10511。
22、M、0525055M的介质膜，输出端面镀HR888NM1064NM，HR888NM10511M，HT0525055M的介质膜，实现单频绿光输出。0054实施例130055参照图2，制作一本发明的单频可见激光器，该激光器输出绿光的激光器。该实施例与实施例1相似，所不同的是还包括一LD光学耦合部件6，该LD光学耦合部件6可以是焦距F5MM1000MM的凸透镜，也可以是光纤、非球面透镜或柱面镜；其中，该LD光学耦合部件设置在泵浦源和自倍频晶体之间的光路中。通过LD光学耦合部件6将泵浦光聚焦于自倍频晶体中，实现单频绿光激光输出5。0056当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。说明书CN102025100ACN102025114A1/1页8图1图2说明书附图CN102025100A。