[发明专利]一种腔内倍频激光器

说明书

技术领域 本发明涉及激光器领域，尤其涉及腔内倍频激光器领域。

背景技术 在激光器的许多应用领域中，如建筑测量、Laser Point、微型化的激光显示中， 都希望能有一种成本低、体积小、耗能小、不带温控或对温控要求较低且能在较宽温度范围 内正常工作的激光器。在腔内倍频激光器中，如果不带温控的话，其输出功率往往随温度急 剧变化，其中一个非常关键的因素就是腔内基频光与倍频光存在相对相位，该相对相位最终 影响到倍频晶体的倍频效率，由于这一相对相位随温度显著变化，因而倍频光输出也会随着 发生显著的变化。

通常的腔内倍频激光器采用如图1、图2所示的激光增益介质和非线性倍频晶体的微片 腔结构。

图1所示的激光器微片腔结构，激光增益介质1为Nd：YV04，非线性倍频晶体2为KTP， 激光增益介质入射面镀对基频光和倍频光高反的膜11，倍频晶体2出射面镀对基频光高反、 对倍频光增透的膜21，泵浦光LD波长808nm，基频光波长为1064nm，倍频光3波长为532nm。 由于腔内往返传播的1064nm基频光在KTP内倍频出了532nm倍频光3，假设532nm倍频光3 功率大小为P1，两者出KTP后在Nd：YV04内继续传播，最后又返回进入KTP，设此时532nm倍 频光3和1064nm基频光的相对相位为Δφ，根据腔内倍频理论，两者在KTP内产生非线性相 互作用，最终出射的532nm倍频光3功率为：Pout＝4P1*cos(Δφ/2)²，显然，对于一个确定 的腔结构，1064nm基频光和532nm倍频光3的相对相位决定了最终的532nm倍频光3输出功 率。

根据上述结构，对倍频光输出进行了理论分析后，得出了具体的数值模拟结果，其输出 倍频光的P-I曲线如图2所示，P-T曲线如图3所示。

显然，这样的腔内倍频激光器一旦运转在低谷位置，其功率是相当低的，只能找一些高 功率的温度点运转，由于每台腔内倍频激光器的差异性，使得每台腔内倍频激光器的最佳温 度工作点差异很大，这严重影响了腔内倍频激光器的实用性。

又如图4所示的激光器微片腔结构，激光增益介质入射面镀对基频光高反、对倍频光增 透的膜12，倍频晶体2出射面镀对基频光高反、对倍频光增透的膜21，该结构虽然不存在图 1所述的问题，但是由于它的腔两边都有倍频光3输出，需要对泵浦方向的倍频光进行处理， 以免对腔内倍频激光器的稳定运转产生不利影响，这就带来了一些不必要的麻烦。同时，由 于在输出方向只有倍频一次，它的输出光功率只有图1所示的腔内倍频激光器的最佳输出功 率的1/4，即Pout＝P1。这就大大降低了腔内倍频激光器的整体转化效率，对能源存在一种 较大的浪费；而且还需要对回返的532nm倍频光进行处理，以避免对LD造成影响。

发明内容本发明的目的是提供一种输出功率对温度具有较高稳定性且具有低噪声、高偏 振性输出的腔内倍频激光器。

为实现上述发明目的，本发明包括泵浦源和谐振腔，谐振腔前端镀膜形成前腔镜，前腔 镜膜为对泵浦光增透、对基频光和倍频光高反的膜，谐振腔后端镀膜形成后腔镜，后腔镜膜 为对基频光高反、对倍频光增透的膜，谐振腔内包括激光增益介质和非线性倍频晶体，激光 增益介质和非线性倍频晶体基本不参与偏振状态的控制，另将光学晶体加工成基频光和倍频 光的波片，插入到谐振腔中，控制基频光和倍频光的偏振状态，以实现各种不同性能的激光 器；光学晶体具有双折射性质，其光轴与非线性倍频晶体光轴成30°～60°夹角，一般取45 。夹角；非线性倍频晶体光轴方向满足II类相位匹配基频光倍频条件；激光增益介质为双折 射晶体，其光轴方向与非线性倍频晶体光轴方向近似平行或垂直，或者激光增益介质为光轴 方向平行通光方向的双折射晶体，非线性倍频晶体的光轴方向与通光方向正交，或者激光增 益介质为均匀介质。