蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604NM橙光全固体激光器.pdf

蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器，涉及一种全固体激光器。设有：444nm蓝光半导体激光器、整形棱镜、聚焦透镜、平面输入镜、Pr:YLF激光晶体、玻璃薄片、激光输出镜、蓝光滤光片；444nm蓝光半导体激光器作为604nm橙光全固体激光器的泵浦源；整形棱镜位于444nm蓝光半导体激光器的输出端，聚焦透镜设于整形棱镜输出端；平面输入镜位于聚焦透镜输出端，Pr:YLF激光晶体输入端面紧挨着平面输入镜；玻璃薄片设于Pr:YLF激光晶体的输出端；激光输出镜设于玻璃薄片的输出端，蓝光滤光片设于激光输出镜的输出端，用于过滤未被完全吸收的444nm泵浦光，从而使得输出为604nm单波长橙色激光。

1.  蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器，其特征在于设有：
444nm蓝光半导体激光器，作为604nm橙光全固体激光器的泵浦源；
整形棱镜，整形棱镜位于444nm蓝光半导体激光器的输出端，整形棱镜为三角形并镀有蓝光增透膜系；
聚焦透镜，聚焦透镜设于整形棱镜的输出端；
平面输入镜，平面输入镜位于聚焦透镜的输出端，作为604nm橙光全固体激光器的输入镜；
Pr:YLF激光晶体，Pr:YLF激光晶体的输入端面紧挨着平面输入镜；
玻璃薄片，玻璃薄片设于Pr:YLF激光晶体的输出端，玻璃薄片的厚度为0.1mm；
激光输出镜，激光输出镜设于玻璃薄片的输出端，作为604nm橙光全固体激光器的输出镜；
蓝光滤光片，蓝光滤光片设于激光输出镜的输出端，用于过滤未被完全吸收的444nm泵浦光，从而使得输出为604nm单波长橙色激光。

2.  如权利要求1所述蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器，其特征在于：所述平面输入镜的镀膜膜层为在444nm处高透，同时在640nm处高透，在607nm、604nm处高反，即反射率R>99.5％的多层介质膜。

3.  如权利要求1所述蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器，其特征在于：所述激光输出镜的镀膜膜层为在607nm、604nm处部分透射，即透射率T<10％的多层介质膜。

4.  如权利要求1所述蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器，其特征在于，所述玻璃薄片具有标准具效应：若以布儒斯特角插入谐振腔内，则加大π方向偏振的607nm激光的损耗，使σ方向偏振的604nm激光的阈值低于π偏振方向上的607nm激光阈值，使604nm激光优先起振；另将竞争激烈的π方向偏振的607nm激光与σ方向偏振的604nm激光分开，从而将607nm的激射抑制住，得到604nm的激射。

蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器
技术领域
本发明涉及一种全固体激光器，尤其是涉及一种444nm蓝光半导体激光器泵浦掺镨氟化钇锂(Pr:YLF)的604nm橙光全固体激光器。
背景技术
基于掺镨(Pr)材料的可见光固体激光器是近年来激光器研究领域的热点。Pr:YLF激光晶体在橙光波段有604nm、607nm等多个波长的激光发射谱线，虽然604nm的受激发射截面比607nm的受激发射截面更大，但由于604nm的重吸收损耗(参见文献B Xu et al.,"Highly efficient InGaN-LD-pumped bulk Pr:YLF orange laser at 607nm",Optics Communication Vol.305,pp.96(2013))，导致谐振腔内604nm在于607nm的竞争中处于弱势，所以很难在室温下获得604nm。对于两个相邻波长、偏振方向不同的激光谱线进行选频，一般采用在腔内插入偏振分光镜PBS(参见文献Bo Wu et al.,"Compact dual-wavelength Nd:GdVO₄ laser working at 1063 and 1065 nm",Optics Express Vol.17,pp.6004(2009))，或在腔内插入标准具的方法(参见文献Y.P.Huang et al.,"Orthogonally polarized dual-wavelength Nd:LuVO₄ laser at 1086 nm and 1089 nm",Optics Express Vol.20,pp.5644(2012))，本发明采用以布儒斯特角在谐振腔内插入0.1mm的玻璃薄片进行偏振选频，抑制了π方向偏振光607nm，使σ方向偏振光604nm形成激光振荡。
目前国际上鲜有获得Pr:YLF晶体604nm激光的报道，并且获得橙光的方法目前主要是通过倍频与合频技术，或者是通过加大泵浦光功率的方法，倍频、合频技术的实验设计较为复杂，而高功率泵浦获得的604nm激光又存在极大的不稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对目前鲜有获得604nm新波长的Pr:YLF全固体激光器的不足，提供一种可以稳定输出、简单易操作的蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器。
本发明设有：
444nm蓝光半导体激光器，作为604nm橙光全固体激光器的泵浦源；
整形棱镜，整形棱镜位于444nm蓝光半导体激光器的输出端，整形棱镜为三角形并镀有 蓝光增透膜系；整形棱镜用于实现泵浦光光斑的整形，使长条形的泵浦光斑整形为接近正方形；
聚焦透镜，聚焦透镜设于整形棱镜的输出端；聚焦透镜用于实现整形后泵浦光束的聚焦；
平面输入镜，平面输入镜位于聚焦透镜的输出端，作为604nm橙光全固体激光器的输入镜；
Pr:YLF激光晶体，Pr:YLF激光晶体的输入端面紧挨着平面输入镜；
玻璃薄片，玻璃薄片设于Pr:YLF激光晶体的输出端，玻璃薄片的厚度为0.1mm；
激光输出镜，激光输出镜设于玻璃薄片的输出端，作为604nm橙光全固体激光器的输出镜；
蓝光滤光片，蓝光滤光片设于激光输出镜的输出端，用于过滤未被完全吸收的444nm泵浦光，从而使得输出为604nm单波长橙色激光。
所述平面输入镜的镀膜膜层为在444nm处高透，同时在640nm处高透，在607nm、604nm处高反，即反射率R>99.5％的多层介质膜。
所述激光输出镜的镀膜膜层为在607nm、604nm处部分透射，即透射率T<10％的多层介质膜。
所述玻璃薄片具有标准具效应：若以布儒斯特角插入谐振腔内，一方面可以加大π方向偏振的607nm激光的损耗，使σ方向偏振的604nm激光的阈值低于π偏振方向上的607nm激光阈值，使604nm激光优先起振；另一方面可将竞争激烈的π方向偏振的607nm激光与σ方向偏振的604nm激光分开，从而有效将607nm的激射抑制住，得到604nm的激射。
本发明有益效果如下：
本发明将可作为标准具的玻璃薄片插入腔中进行偏振选频，在Pr:YLF激光晶体中实现444nm蓝光LD泵浦Pr:YLF的604nm新波长激光的连续运转，这将为橙光波段的Pr:YLF激光器扩大应用领域带来重要的学术意义与使用价值。由此可见，本发明是利用玻璃薄片的标准具效应实现选频、分偏振，采用蓝光半导体激光器泵浦Pr:YLF晶体实现新波长604nm橙光的输出。本发明所述新波长604nm橙光全固体激光器可以稳定输出，并且方法简单易行，为橙光波段的Pr:YLF激光器扩大应用领域带来重要的学术意义，同时拓宽了可见光激光器在环境监测、激光雷达、光谱分析等领域的应用前景与使用价值。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。图1中的箭头表示光轴方向。
图2为本发明实施例的0.1mm厚玻璃片透射率与Pr：YLF发射谱的对比图。图2中，横坐标代表波长(nm)；左侧的纵坐标代表该玻璃薄片的透射率；右侧纵坐标代表受激发射截面积(10^-21cm²)。
图3为本发明实施例输出激光光谱图。图3中，横坐标代表波长(nm)；纵坐标为某一波长对应的光强度(a.u.)。
图4为本发明实施例输入输出特性曲线。图4中，横坐标代表晶体的吸收功率(mW)；纵坐标为输出光的功率(mW)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1，本实施例设有444nm蓝光半导体激光器1、整形棱镜2、聚焦透镜3、平面输入镜4、Pr:YLF激光晶体5、0.1mm厚的玻璃薄片6、激光输出镜7和蓝光滤光片8。
444nm蓝光半导体激光器1作为604nm橙光全固体激光器的泵浦源；
整形棱镜2位于444nm蓝光半导体激光器1的输出端；
聚焦透镜3设于整形棱镜2的输出端，与整形棱镜2一起对泵浦光束进行整形和聚焦，使增益介质充分吸收泵浦光，提高泵浦光的吸收效率，同时使得聚焦光斑足够小；
平面输入镜4设于聚焦透镜3的输出端，采用镀444nm、640nm高透和607nm、604nm高反(R>99.5％)的多层介质膜，作为激光器的输入镜，抑制了640nm波长的激光振荡；
Pr:YLF激光晶体5，晶体掺杂浓度为0.2.at.％,长度为8mm，其输入端面紧接着平面输入镜4；
0.1mm厚的玻璃薄片6，设于Pr:YLF激光晶体5的输出端，用于抑制607nm的激光振荡；
激光输出镜7设于0.1mm厚的玻璃薄片6的输出端，采用镀607nm、604nm部分透射的多层介质膜，抑制了640nm波长的激光振荡，并作为604nm激光的输出镜。
蓝光滤光片8设于激光输出镜7的输出端，用于过滤未被完全吸收的444nm泵浦光，从而使得输出为604nm单波长橙色激光。
所述平面输入镜采用镀444nm、604nm高透和607nm、604nm高反(R>99.5％)的多层介质膜，作为泵浦光输入镜。
所述激光输出镜采用镀604nm、607nm部分透射(透射率分别为T＝3.38％、T＝3.45％)的多层介质膜，作为604nm橙光的输出镜。
本实施例为了使泵浦光发射谱与Pr:YLF激光晶体吸收谱实现最佳匹配，提高泵浦光的吸 收效率，采用444nm蓝光LD作为泵浦源。通过镀有444nm增透介质膜的整形棱镜和聚焦透镜的调节，优化泵浦光在激光晶体中的模式，进一步提高了泵浦光的利用效率。利用0.1mm玻璃薄片的标准具效应以及布儒斯特角的特性，在实验中实现了对607nm、604nm稳定的偏振选择作用，使607nm的激光起振阈值比604nm大，有效抑制了607nm的激光振荡。同时，本发明选择在激光谐振腔的腔镜上镀特定的膜层以达到波长选择的作用。平面输入镜镀有444nm、640nm高透和607nm、604nm高反(R>99.5％)的介质膜，激光输出镜采用604nm、607nm部分透射(透射率分别为T＝3.38％、T＝3.45％)的多层介质膜。本发明通过平面输入镜和激光输出镜的特殊镀膜膜层设计以及以布儒斯特角角腔内插入0.1mm玻璃薄片，抑制了更强谱线607nm、640nm的激光振荡，使得607nm能够在谐振腔内振荡形成连续光输出。此外，对于腔体，选取对热效应较不敏感、有大可控模体积的平凹稳定腔结构，提高了激光器的输出稳定性。
参见图2，图2为0.1mm的玻璃片(以布儒斯特角插入)透射率与Pr：YLF发射谱的模拟对比图。由图2可见，在604.2nm处的玻璃薄片的透射率最强，在607.2nm与639.5nm处的透射率最弱，因此使用此玻璃薄片可以很好的抑制607nm获得604nm的输出。
参见图3，图3为蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器输出的激光光谱图，中心波长为604.2nm。
参见图4，图4为本发明实施例蓝光泵浦掺镨氟化钇锂的604nm橙光全固体激光器输入输出特性曲线。输出耦合为T＝3.38％，阈值Pth＝318mW，输出功率Pmax＝60.6mW。