[发明专利]基于新月形谐波反射镜的激光器

说明书

技术领域

本申请涉及一种激光装置，属于激光技术领域。它适于激光彩色显示、激光医疗、工业激光加工、科研、核工业、海底探测以及军事光电对抗等领域的应用。

背景技术

与本申请有关的激光器是典型的直线型腔双程信频激光器，以下简称直腔双倍频激光器，其激光器腔体依次由全反镜、声光Q开关、激光棒、泵浦源、平平谐波反射镜、倍频晶体及输出镜构成激光腔，(见姚建铨著，《非线性光学频率变换及激光调谐技术》，科学出版社，1995年第一版，第122页，图3.2.12)。它具有倍频效率高，结构简单，易于产品化等优点。但是这种激光器有如下缺点：根据谐振腔理论，输出镜处为振荡光的束腰，从附图2直腔倍频激光器原理图可以看出，振荡光一次倍频后，输出光斑9，而二次倍频的激光经平平谐波反射镜反射后不是原路返回，而是根据反射原理向外扩散了，相当于从束腰经平面镜成像的像点S发出，输出光斑10。因此最后输出的激光相当于两束激光的混合，这两束激光发散角相同，分别从像点S和输出镜处发出。根据几何原理可以看出，混合光束腰(光斑最小处)在谐波反射镜上，比其中一次倍频激光的束腰扩大了数倍，发散角不变。虽然双程倍频提高了倍频效率，但光束质量却比一次倍频的激光大大下降。因此，直腔双程倍频激光器一般用于要求输出高功率而对光束质量要求不高的情况，大大限制了其在工业、科研等领域的应用。

申请内容

本申请的目的在于克服现有直腔双程倍频激光器输出激光光束质量差的缺陷，提供一种同时具有高功率和高光束质量的基于新月形谐波反射镜的激光器。

本申请的目的是这样实现的：

它是在激光器直腔内依次设置全反镜、声光Q开关、泵浦源、激光棒、新月形谐波反射镜、倍频晶体及输出镜，其特征在于，谐波反射镜采用新月形镜片，其中谐波反射镜面朝向倍频晶体的一面为凹面，凹面的曲率半径等于谐波反射镜与输出镜之间的距离，同时考虑倍频晶体热效应的影响，凹面镀有对基频光高透、对倍频光高反的膜层；谐波反射镜面朝向激光晶体的一面为曲率半径与凹面相同或相近的凸面，凸面镀有对基频光的增透膜。

上述所述的全反镜可以是平面镜，亦可以是凹面镜；

所述的泵浦源可以是半导体二极管侧面泵浦组件，亦可以是闪光灯；

所述的声光Q开关也可以是电光Q开关，调Q晶体两端面对基频光镀有增透膜。

所述的激光棒包括Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLF、Yb:YAG等材料制作的激光晶体棒，激光晶体两端面对基频光镀有增透膜。

所述的倍频晶体包括KTP、LBO、BBO、BiBO、KNbO3等非线性晶体，倍频晶体两端面对基频光和倍频光镀有增透膜。

所述的输出镜可为平平镜，面向腔内的一面镀有对基频光高反、对倍频光高透的膜层；背向腔内的一面对倍频光镀有增透膜。

本申请的工作原理如附图3，根据谐振腔理论，输出镜7处为振荡光的束腰，振荡光一次倍频后，输出光斑11，而二次倍频的激光经新月形谐波反射镜的凹面反射，那么二次倍频的激光就可以沿原路返回，与一次倍频的激光完全重合，最后输出的激光相当于两束发散角相同，方向一致。

新月形谐波反射镜的凹面曲率半径是这样确定的：先用平平谐波反射镜实验，取得最佳腔参数，然后测量谐波反射镜到输出镜的距离L，则新月形谐波反射镜的凹面曲率半径R_凹≈L，考虑倍频晶体的热透镜效应，实际R_凹应比L略大。可以先测量或计算出倍频晶体的热透镜焦距，然后根据高斯光束传输原理做更精确的计算。为保持整个谐振腔不变，新月形谐波反射镜应没有透镜效应，令f＝∞，根据透镜材料和凹面曲率半径计算得到新月形谐波镜凸面的曲率半径。

本申请的积极结果是：由于使用新月形谐波反射镜，使二次倍频与一次倍频的谐波光斑在输出镜处重合，且发散程度相同，从而使激光器输出光束质量大大提高；同时保持了原直线形腔结构倍频效率高、结构简单、易于产品化等优点。总之，本申请同时具有功率高，光束质量好的双重优点，从而大大扩展了其在工业、科研等领域的应用范围，具有可观的经济效益。

附图说明

图1为本申请的结构示意图；

图2为直腔倍频激光器的原理示意图；

图3为新月形谐波反射镜原理示意图。

图面说明：

1-全反镜；2-声广Q开关；3-激光棒；4-泵浦源；5-新月形谐波反射镜；5′-平平谐波反射镜；6-倍频晶体；7-输出镜；8-光屏；9-输出激光的内圆光斑；10-输出激光的外圆光斑；11-输出激光的内外圆重合光斑。