多波长同时运转的连续激光器 【技术领域】
本发明涉及一种激光装置，尤其涉及一种二极管泵浦Nd:YAG多波长同时运转的连续激光器。
背景技术
多波长激光器在精细激光光谱学、共振全息相干度量学中有着广泛的应用。若在等离子体诊断中采用多波长激光器，不仅可以增强其灵敏度和分辨率，而且可以减小测量设备的体积和尺寸。多波长激光器还能够大大增进分子的多光子离解效应，提高信息的分析和传输速率，同时还能增大雷达的探测精度。
近年来，随着大屏幕激光电视、激光彩色显示和激光娱乐表演的出现和发展，人们对三基色红绿蓝激光的产生又提出了迫切的需求。早期人们采用氩离子和氪离子气体激光器作为三基色光源，但这种激光器不仅体积庞大、造价昂贵，而且操作起来非常繁杂。随着半导体激光器的飞速发展和产业化，二极管泵浦的全固化激光器的研发也取得了实质性的进展，并开始实现产业化。现在人们正使用这种紧凑高效的全固化激光器做泵源，利用非线性材料通过倍频或和频的方法研制出各种类型的红、绿、蓝激光器，其中最行之有效地当属直接倍频的红、绿、蓝激光器。
目前大屏幕激光电视、激光彩色显示和激光娱乐表演所用的红、绿、蓝激光源，基本上是通过三台运转于不同基频波长的激光器通过倍频的方法分别产生的。此前也有用一块晶体产生基频双波长同时输出的报道，如有用闪光灯泵浦实现脉冲1.06μm和1.32μm同时运转的报道(C.G.Bethea，“Megawatt power at 1.318μin Nd3+:YAG and simultaneous oscillation at both1.06 and 1.318μ”，IEEE J.Quantum Electron.QE-9，(1973)，P.254)，也有用连续氪灯泵浦使用两个激光输出腔镜实现连续1.06μm和1.32μm同时非共轴运转的报道(V.E.Nadtocheev and O.E.Nanii，“Two-wave emission from a cwsolid-state YAG:Nd3+laser”，Sov.J.Quantum Electron.19(4)，(1989)，P.444)，但迄今为止，尚没有二极管泵浦Nd:YAG多波长946nm，1.06μm，1.32μm同时运转连续激光器的报道，更没有二极管泵浦Nd:YAG多波长红660nm、绿532nm、蓝473nm三基色同时运转连续激光器的报道。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是使用一台激光器同时实现三种基频波长的运转，进而通过倍频方式在同一台激光器上同时实现红、绿、蓝三基色激光输出。
为解决上述技术问题，本发明多波长同时运转的连续激光器是采用激光领域最常用的激光晶体作为激光增益介质，利用激光晶体可在三个能级跃迁4F3/2-4I9/2、4F3/2-4I11/2和4F3/2-4I13/2实现激光运转的特性，采用独特谐振腔设计，在一块激光增益介质中实现三基频激光连续同时运转，并进而通过直接倍频方法实现三基色同时共轴激光连续运转，或者实现其中的两个基频同时运转，并进而通过直接倍频方法实现其中的两个基色同时共轴激光连续运转。
本发明多波长同时运转连续激光器的激光增益介质包括Nd掺杂YAG激光晶体和Nd掺杂的其它激光增益介质，如YVO4、YLF、玻璃等。如果采用Nd:YAG作为激光增益介质，对应三个能级跃迁4F3/2-4I9/2、4F3/2-4I11/2和4F3/2-4I13/2的三基频波长为946nm、1.06μm和1.32μm，三基色红绿蓝波长为660nm、532nm和473nm。
本发明多波长同时运转连续激光器实现三基频同时运转时，由泵源、光学耦合系统、激光谐振腔输入端镜、激光增益介质、激光谐振腔输出端镜组成。激光器谐振腔的膜系具有特殊设计，激光器在泵浦下同时产生连续运转的多波长连续激光输出。
本发明多波长同时运转连续激光器实现三基频与三基色同时运转时，由泵源、光学耦合系统、激光谐振腔输入端镜、激光增益介质、倍频晶体、激光谐振腔输出端镜组成。激光器谐振腔的膜系具有特殊设计，倍频晶体是指用于4F3/2-4I9/2、4F3/2-4I11/2、4F3/2-4I13/2波长倍频用的光学晶体，包括LBO、KTP、BBO、BiBO、KNbO3和其它非线性光学晶体，可以是一块，也可以是多块，从而实现红绿蓝三基色中的单色或多色倍频激光的输出。倍频晶体除可以放置在谐振腔腔内以外，亦可以放置在腔外，或腔内腔外同时放置。
本发明多波长同时运转连续激光器的激光谐振腔输入端镜和激光增益介质可合而为一，谐振腔型可以是线性腔型结构、折叠腔型结构，也可以是其它腔型结构。
本发明多波长同时运转连续激光器的激光谐振腔输入输出端镜的膜系为特殊设计，以满足两个或三个波长同时运转的条件，即通过特殊镀膜使谐振腔的膜系满足特定的要求，使得增益高的激光跃迁波长有较高的透过率因而有较高的损耗，而增益低的激光跃迁波长有较低的透过率因而有较低的损耗，这样各激光跃迁波长的增益和损耗便达到一种动态平衡状态，均能满足激光振荡的阈值条件而同时产生多波长激光输出。
【附图说明】
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明多波长同时运转的连续激光器实施例1的结构示意图。
图2是本发明多波长同时运转的连续激光器实施例2的结构示意图。
附图标记：
1 二极管泵源
2 光学耦合系统
3 激光谐振腔输入端镜
4 激光增益介质
5 激光谐振腔输出端镜
6 倍频晶体
【具体实施方式】
实施例1：二极管泵浦Nd:YAG双波长946nm，1.06μm同时运转连续激光器
如图1所示，二极管泵源1为20瓦光纤耦合半导体激光器，其工作波长为808nm，光纤芯径为400μm，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300μm，激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为3×3×3mm3，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，镀膜参数可取R＞99.8％@946nm，T＝88％@808nm，T＝12％@1.06μm，激光增益介质4的另一端面对946nm和1.06μm镀增透膜，激光谐振腔输出端镜5是曲率半径为100mm的平凹镜，其镀膜情况为R＞98％@946nm，T＝85％@1.06μm，谐振腔总腔长为48mm。
用上述装置可获得基频946nm和1.06μm双波长连续激光的同时运转。
实施例2：二极管泵浦Nd:YAG四波长473nm，532nm，946nm，1.06μm同时运转连续激光器
如图2所示，二极管泵源1为20瓦光纤耦合半导体激光器，其工作波长为808nm，光纤芯径为400μm，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300μm；激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为3×3×3mm3，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，镀膜参数可取R＞99.8％@946nm，R＞99.8％@473nm，T＝88％@808nm，T＝12％@1.06μm，激光增益介质4的另一端面对946nm和1.06μm镀增透膜；激光腔内放置LBO倍频晶体6，其两个端面对946nm和473nm镀增透膜，尺寸为3×3×10mm3，按I类相位匹配方式切割，切割参数可取Θ＝90°，Φ＝19.37°，温度控制在22+0.1℃；激光谐振腔输出端镜5是曲率半径为100mm的平凹镜，其镀膜情况为T＞80％@473nm，R＞98％@946nm，T＝85％@1.06μm，谐振腔总腔长为48mm。激光腔外放置KTP倍频晶体6对1.06μm进行倍频以得到532nm的倍频绿光。
用上述装置可获得倍频蓝光473nm和绿光532nm以及基频946nm和1.06μm四波长连续激光的同时运转。
实施例3：二极管泵浦Nd:YAG三波长1.32μm，1.06μm，946nm同时运转连续激光器
如图1所示，二极管泵源1为20瓦光纤耦合半导体激光器，其工作波长为808nm，光纤芯径为400μm，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300μm，激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为3×3×3mm3，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，激光增益介质4的另一端面对1.32μm、1.06μm和946nm镀增透膜，激光谐振腔输出端镜5用曲率半径为100mm的平凹镜，谐振腔的镀膜满足基频1.32μm、1.06μm和946nm三波长同时运转的条件。
用上述装置可获得基频1.32μm、1.06μm和946nm三波长连续激光的同时运转。
实施例4：二极管泵浦Nd:YAG六波长1.32μm，1.06μm，946nm及其倍频光660nm，532nm，473nm同时运转连续激光器
如图2所示，二极管泵源1为20瓦光纤耦合半导体激光器，其工作波长为808nm，光纤芯径为400μm，经光学耦合系统2聚焦后的光斑尺寸大约300μm，激光增益介质4为1.0at.％掺杂的Nd:YAG晶体，其尺寸为3×3×3mm3，其温度控制在17℃，在激光增益介质4的泵浦端面上直接镀膜作为激光谐振腔输入端镜3，激光增益介质4的另一端面对1.32μm、1.06μm和946nm镀增透膜，激光谐振腔输出端镜5用曲率半径为100mm的平凹镜，谐振腔的镀膜应满足基频1.32μm、1.06μm和946nm三波长同时运转的条件。谐振腔内放置LBO晶体对946nm进行腔内倍频以获得473nm蓝光，在激光腔外放置KTP倍频晶体6对1.06μm进行倍频以得到532nm的倍频绿光，在腔内或腔外放置另一块LBO倍频晶体6对1.32μm倍频以获得660nm红光。
用上述装置可获得红光660nm、绿光532nm、蓝光473nm及其基频光1.32μm、1.06μm和946nm六波长连续激光的同时运转。