[发明专利]一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光器领域，尤其是涉及一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器。

背景技术

全固态激光器以其光束质量好、效率高、寿命长、体积小等优点成为性能优良的相干光源。随着基因测序、生物检测、激光荧光、生物光子仪器技术的快速发展，小型化、低成本、多种波长固体激光器成为一种有广泛需求的激发探测光源，例如405nm，488nm，515nm，532nm，650nm等波长激光器。目前，由于蓝、绿波长半导体激光芯片技术的限制，将半导体激光整形直接输出激光的技术方案，具有成本高且激光功率较低的缺点。利用成本较低的近红外半导体激光泵浦非线性晶体进行直接倍频的方案，是一个较好的选择，但是常规半导体激光的发散角大，激光聚焦后瑞利长度短，难以通过尺寸较长的非线性晶体实现半导体激光的高效率倍频光输出。根据文献报道，这类方案所用的半导体泵浦光源多为脊形光波导结构或者带有DFB光耦合输出的半导体激光器，虽然这类半导体激光器光束质量较好(M²<2)，但价格昂贵、技术复杂且输出功率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，通过近红外半导体激光直接泵浦非线性晶体获得倍频光，使用近红外半导体激光器经过光束整形后依次通过多块非线性倍频晶体(角度匹配的临界相位匹配晶体或温度匹配/准相位匹配的非临界相位匹配晶体等)，在确定倍频晶体的长度时，保证泵浦光在通过晶体时能产生高效率的非线性频率转换，以高效级联倍频的方式，获得较高功率的倍频激光。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器，包括：依次设置的近红外半导体激光器、光束整形透镜组、级联倍频装置、准直镜和二色镜。

所述近红外半导体激光器的发射端发出的光线依次穿过光束整形透镜组、级联倍频装置、准直镜和二色镜。

所述级联倍频装置包括多个倍频装置，多个倍频装置依次设于光束整形透镜组与准直镜之间。

所述准直镜的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜。

所述二色镜的轴线与入射光线呈45°角设置，二色镜的两面均镀有45°角近红外激光高反膜和45°角倍频激光高透膜，二色镜的一侧设有光线收集器。

所述光线收集器的接收端正对于二色镜的反射光。

进一步的，所述近红外半导体激光器为近红外边发射半导体激光器、垂直腔面发射半导体激光器或光纤耦合输出的近红外半导体激光器。

进一步的，所述近红外半导体激光器电连接第一温度控制器，所述第一温度控制器通过控温热沉对近红外半导体激光器进行温度控制。

进一步的，所述光束整形透镜组包括非球面透镜和柱透镜，所述非球面透镜设于近红外半导体激光器与柱透镜之间。

进一步的，所述倍频装置包括一个聚焦镜和一个倍频晶体，所述聚焦镜设于倍频晶体靠近光束整形透镜组的一侧，近红外半导体激光器发出的光线最先穿过的聚焦镜的两面均镀有近红外激光高透膜，其余聚焦镜的两面均镀有近红外激光高透膜和倍频激光高透膜。

进一步的，所述倍频晶体设有多个，每个倍频晶体电连接一个第二温度控制器，所述第二温度控制器通过控温热沉对倍频晶体进行温度控制。

进一步的，所述第一温度控制器包括TEC半导体制冷片，所述第二温度控制器为TEC温控装置，所述TEC温控装置包括两个TEC半导体制冷片，两个TEC半导体制冷片分别设于倍频晶体相对的两侧，TEC半导体制冷片靠近倍频晶体的一侧无缝贴合有控温热沉。

或者，所述第一温度控制器包括TEC半导体制冷片，所述第二温度控制器为温控炉装置，所述温控炉装置包括合金金属丝，所述合金金属丝缠绕在两个控温热沉上，两个控温热沉之间设有倍频晶体。

进一步的，：所述第一温度控制器和第二温度控制器的温度控制精度均大于0.1℃。

进一步的，所述聚焦镜为消色差聚焦镜。

进一步的，所述倍频晶体为角度匹配的临界相位匹配晶体时，临界相位匹配晶体以走离补偿方式设置。

相对于现有技术，本发明所述的一种结构紧凑的高效率级联倍频激光器具有以下优势：

1、本发明可适用于光束质量相对较差、瑞利长度较短的泵浦激光源。

2、本发明可充分利用泵浦光功率，能够获得较高功率的倍频激光。特别对于角度匹配的临界相位匹配晶体，通过以走离补偿方式放置的晶体对，可有效降低在倍频过程中由于走离效应导致的倍频转换效率的急剧下降。

3、本发明适用于多种波长的LD激光器，产品类型丰富，成本低，便于推广使用。