[发明专利]一种结构紧凑的瓦级连续波内腔倍频单频激光器

说明书

本发明提出了一种结构紧凑的瓦级连续波内腔倍频单频激光器，包括依次设置的LD泵浦源、聚焦透镜、驻波腔和准直透镜，驻波腔内依次设有激光晶体、光阑、倍频晶体、双折射滤波片和输出耦合镜，LD泵浦源、激光晶体、倍频晶体和双折射滤波片均设有TEC制冷片；LD泵浦源发射的泵浦光经聚焦透镜聚焦到驻波腔内的激光晶体上，驻波腔对基频光振荡，经倍频晶体倍频后的倍频光经准直透镜准直后输出。本发明降低了内腔倍频激光器的复杂度，结构紧凑，减小了全固态连续波内腔倍频单频激光器的结构和尺寸，能够获得较高功率和转化效率的倍频激光输出，实现输出倍频激光的稳定和高效运转，输出单频倍频激光功率可达数百毫瓦至几瓦，转化效率更高，性价比高。

技术领域

本发明涉及全固态激光技术领域，尤其涉及一种结构紧凑的瓦级连续波内腔倍频单频激光器，激光谐振腔采用直腔驻波腔结构。

背景技术

在量子光学、冷原子物理、原子分子光谱等基础科学研究中，可见光波段的瓦级连续单频激光器是必不可少的。通常采用对二极管泵浦的固体激光器进行内腔倍频来获得可见光。但是，二极管泵浦的固体激光器通常多纵模运转，在腔内倍频过程中，腔内各振荡纵模的和频过程和空间烧孔效应引起的各纵模交叉饱和两个非线性过程共同作用，导致光能量在各个纵模间不断转换，产生绿光输出功率的波动，即所谓的“绿光问题”。解决“绿光问题”的一个直接方法就是迫使激光器单频运转。

当前，实现全固态连续波内腔倍频单频激光器运转的方法通常采用行波腔和微片激光器，采用行波腔设计可以获得几瓦甚至数十瓦的高功率单频激光，但是其体积过于庞大、结构复杂，不易于调节谐振腔的闭合，且其成本较高，即行波腔激光器的输出功率高，但系统复杂，光路调整难度较大。微片激光器的结构简单，但不能获得高功率输出，且其转化效率很低。实际应用中通常需要全固态内腔倍频激光器输出数百毫瓦到数瓦的单频倍频激光，而这类激光通常采用行波腔，这样系统复杂、造价昂贵（数十万元），且调谐性能较差。本发明将寻找一种内腔倍频单频激光的新设计方案，旨在降低系统的复杂度和成本（万元以内），同时单频激光输出激光功率达到数瓦级，且波长易于调谐。

发明内容

针对内腔倍频激光器系统的复杂度较高、结构和尺寸较大的技术问题，本发明提出一种结构紧凑的瓦级连续波内腔倍频单频激光器，是一种简易全固态内腔倍频单频激光稳定高效的产生方法，实现内腔倍频单频激光器的高效、稳定、可调谐运转，且结构简单，成本低。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种结构紧凑的瓦级连续波内腔倍频单频激光器，包括依次设置的LD泵浦源、聚焦透镜、驻波腔和准直透镜，驻波腔内依次设有激光晶体、光阑、倍频晶体、双折射滤波片和输出耦合镜，LD泵浦源、激光晶体、倍频晶体和双折射滤波片均设有TEC制冷片；LD泵浦源发射的泵浦光经聚焦透镜聚焦到驻波腔内的激光晶体上，驻波腔对基频光振荡，经倍频晶体倍频后的倍频光经准直透镜准直后输出。

所述激光晶体的左侧端面为驻波腔的入射面；所述LD泵浦源、聚焦透镜、激光晶体、光阑、倍频晶体、双折射滤波片、输出耦合镜和准直透镜的中心在同一直线上。

所述LD泵浦源、聚焦透镜、驻波腔、准直透镜和TEC制冷片均安装在导热性能良好的铝板上；所述TEC制冷片包括第一TEC制冷片上、第二TEC制冷片和第三TEC制冷片，LD泵浦源设置在第一TEC制冷片上，激光晶体、光阑、倍频晶体设置在第二TEC制冷片上，双折射滤波片设置在第三TEC制冷片上。

所述双折射滤波片为采用布儒斯特角入射的双折射晶体，双折射晶体包括第一双折射晶体和第二双折射晶体，第一双折射晶体和第二双折射晶体均设置在第三TEC制冷片上。

所述双折射滤波片包括双折射晶体和布儒斯特窗片，双折射晶体包括第一双折射晶体和第二双折射晶体，布儒斯特窗片包括第一布儒斯特窗片和第二布儒斯特窗片；第一布儒斯特窗片和第二布儒斯特窗片设置在第一双折射晶体和第二双折射晶体之间，第一双折射晶体、第二双折射晶体、第一布儒斯特窗片和第二布儒斯特窗片的中心在同一直线上、均设置在第三TEC制冷片上。