[发明专利]一种基于自和频效应的全固态可调谐蓝绿激光器

说明书

本发明公开了一种基于自和频效应的全固态可调谐蓝绿激光器，包括泵浦激光源、泵浦光整形耦合元件、非线性激光晶体、激光谐振腔以及波长调谐元件；所述泵浦光整形耦合元件设置在泵浦激光源和激光谐振腔之间；所述非线性激光晶体和波长调谐元件设置在激光谐振腔内；所述泵浦激光源发出的泵浦光经过泵浦光整形耦合元件后入射到激光谐振腔内的非线性激光晶体；所述非线性激光晶体受激辐射产生基频激光；所述基频激光的波长受激光谐振腔内的波长调谐元件控制，经波长调谐元件选频后的不同波长基频激光与部分泵浦光在非线性激光晶体内发生自和频过程后产生可调谐蓝绿激光输出。本发明能够实现高效的、波长大范围可调谐的蓝绿激光输出，具有广泛的前景。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种基于非线性激光晶体自和频效应的全固态可调谐蓝绿激光器。

背景技术

全固态激光器通常是指以半导体激光器（Laser Diode，简写LD）或者LD阵列作为泵浦源，以固体激光材料作为增益介质的激光产生装置。全固态激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点。因为0.47-0.58 μm的蓝绿光对应着海洋的窗口波段，所以全固态蓝绿激光器在海洋探测、对潜通信、水下传感装置和海基光控武器等方面具有重要价值，这些应用一般都需要高功率蓝绿激光，同时，蓝绿光激光器在高密度数据储存、大屏幕显示和激光医疗等方面有着重要应用价值，围绕蓝绿光激光器的研制和商品化一直是国际科研的重点和热点。

全固态激光器的主要方案，是利用稀土离子掺杂激光增益介质产生激光，激光波长范围主要覆盖在近中红外波段，很难实现蓝绿激光的直接产生。目前蓝绿光的主要产生方案包括气体激光器、半导体激光器、上转换效应、光参量振荡（OPO）、倍频等。气体激光器虽然可以实现百瓦级的蓝绿激光输出，但是其工作物质有毒，体积大，结构复杂等缺点，限制了其应用；目前可用于直接产生蓝绿光的半导体材料如硒化锌(ZnSe)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等，因其材料性能和制备方面存在问题，加之器件工艺的困难，虽然经过不断的发展和参数的优化，但实用化程度依旧不高，存在许多难点需要克服；利用反斯托克斯发光的上转换效应也可以得到蓝绿光激光器，但是效率低下是限制其实用性的最大障碍；光参量振荡是可调谐激光产生的重要手段之一，可实现大范围的波长可调谐，但在短波长波段蓝绿光的转换效率较低，同时参量振荡过程的泵浦阈值较高，这对泵浦源、非线性晶体以及腔镜镀膜等都提出了较高要求，从而也限制了其广泛应用。

近年来，基于非线性激光晶体直接倍频产生可见光谱范围激光的方案引起了越来越多的关注。非线性激光晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以非线性激光晶体制作的全固态激光器具有体积小、效率高、输出光谱调整方便、稳定性高等优点。传统倍频激光方案直接将半导体激光器输入到波长变换元件上，获得倍频的蓝绿激光输出。这种方法虽然结构简单、倍频容易，但输出的蓝绿激光波束较宽，波长稳定性差，只适合于低能量应用。自上世纪70年代以来，以LiNbO₃,YAl₃(BO₃)₄非线性晶体为基质的非线性激光晶体实现了自倍频激光运转并在可见光激光产生领域展现出巨大的前景。基于非线性激光晶体直接产生倍频激光的原理是利用自倍频晶体材料，直接将基频激光利用倍频效应产生蓝绿激光输出。虽然自倍频方案理论上能够产生蓝绿波长的激光输出，但是由于非线性倍频过程对于相位匹配角度要求较为严格，改变波长需要改变非线性晶体角度或者切向以实现相位匹配，所以很难实现宽范围光谱调谐，这也制约了它们的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于自和频效应的全固态可调谐蓝绿激光器，以解决现有技术中存在的难以实现宽范围蓝绿激光波长的调谐以及系统复杂庞大、稳定性差的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：