[发明专利]端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别是一种激光二极管端面泵浦双波 长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器。

技术背景

目前市场上大部分的端泵激光器都是单一波长输出方式。这种方 式结构紧凑，光束质量较好，效率较高；基于端泵技术的倍频激光大 多采用腔内倍频方式，可以利用腔内的高功率密度获得较大的倍频激 光输出，但是这种方式容易遇到纵模竞争导致的稳定性较差问题。为 了满足对不同材料选择性的加工，通常需要不同波长的激光器。尤其 是需要基频激光和倍频激光交替加工时，不得不使用两台激光器交替 使用。系统复杂性较高，不仅增加了成本，还增加了工序。利用激光 晶体自身的光谱特性制成的双波长激光器，可以获得两种基频激光波 长输出，但不能获得倍频激光输出，且不能以交替切换方式输出两种 波长的激光。少数大能量双波长或多波长激光器，利用腔外倍频、和 频方式产生两种或多种波长激光的输出，但一般是不同波长的输出路 径不同，并且各种波长是同时产生的，利用率较低。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上述现有技术中所存在的诸如稳定 性较差、效率不足和光束不同轴等问题而提供一种端面泵浦双波长同 轴切换输出调Q基频、倍频激光器。该激光器结构灵活简单，不受 激光谐振腔设计结构的约束，采用聚焦倍频方式弥补了腔外倍频功率 密度低于腔内倍频方式的缺点，可自由选择基频光在非线性倍频晶体 上的聚焦束腰尺寸，以获得最佳的倍频转换效率。以基频激光偏振方 向的方式控制倍频过程是否发生，不改变光束传播路径，不同波长以 同轴方式传播，光束参数一致。

本发明的目的是通过以下方案实现的：利用脉冲输出的线偏振基 频激光通过聚焦透镜聚焦后可以获得更小的激光束腰尺寸，从而大大 增加激光功率密度。通光透镜聚焦后的基频光束腰位置与倍频晶体的 入射端面重合，从而获得最佳的倍频转换效率。以偏振旋转器改变基 频激光的偏振方向，控制倍频过程是否发生，配合谐波分离镜，切换 基频激光和倍频激光的交替输出。

一种端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激光器，它 包括激光源(1)、偏振旋转器(3)、聚焦透镜(6)、倍频晶体(7)、 准直透镜(8)、小孔光阑(11)、谐波分离镜(12)、转向镜(4、5、 9、10)，其特征是，激光源(1)输出的激光束(2)为线偏振调Q 脉冲激光，转向镜(4、5、9、10)、偏振旋转器(3)、聚焦镜(6)、 倍频晶体(7)、准直透镜(8)、小孔光阑(11)、谐波分离镜(12) 放置在谐振腔外；由激光源(1)产生的线性偏振脉冲激光(2)经过 转向镜(4、5)调整入射方向，通过设置在谐振腔外一定位置的聚焦 透镜(6)聚焦到非线性倍频晶体(7)的入射端面并产生倍频绿光激 光(13)和剩余的基频激光(2)再经过准直透镜(8)准直，然后经 过转向镜(9、10)调整出射方向；谐波分离镜(12)反射剩余的基 频激光(2)并透过倍频激光(13)；小孔光阑(11)吸收被反射的剩 余基频激光，避免反射光损伤其他元件；偏振旋转器(3)控制基频 激光(2)的偏振方向，插入偏振旋转器(3)后，基频激光(2)的 偏振方向绕光束传播方向旋转45度或90度。

本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激 光器，其偏振旋转器为1/4波片、或1/2波片、或45度石英旋光晶体、 或90度石英旋光晶体。

本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激 光器的激光光源(1)为线性偏振的脉冲激光。

本发明所述的端面泵浦双波长同轴切换输出调Q基频、倍频激 光器，其偏振旋转器(3)插入倍频晶体(7)之前的光路中，线偏振 基频光(2)的偏振方向旋转45度或90度，倍频过程不发生；或偏 振旋转器(3)不插入倍频晶体(7)之前的光路中，倍频过程不发生：

根据非线性光学原理，不同波长、不同偏振方向以及不同入射方 向的激光在非线性晶体内部传播时的折射率不同。对于倍频过程，只 有当基频激光(2)和倍频激光(13)在非线性晶体(7)内部传播时 的折射率相等时，即满足相位匹配条件时，倍频过程才能发生。

对满足相位匹配条件的倍频过程，分为I类相位匹配和II类相位 匹配。当采用I类相位匹配时，线偏振基频光(2)的偏振方向旋转 90度，倍频过程发生或不发生；当采用II类相位匹配时，线偏振基 频光(2)的偏振方向旋转45度，倍频过程发生或不发生。