一种双波段近红外脉冲激光器的制作方法

1.本发明属于激光技术领域，具体涉及一种双波段近红外脉冲激光器。


背景技术：

2.在激光测距和激光成像领域，常采用多波长激光作为照明光源以提高测距精度和成像分辨率。目前，800nm-900nm附近的半导体激光光源和1500nm-1600nm附近的铒镱共掺激光光源均较为成熟，且其为大气窗口，因此，采用800nm-900nm和1500nm-1600nm的激光作为照明光源较为常见。
3.目前获取800nm-900nm和1500nm-1600nm的激光的方式是通常是采用1064nm的激光倍频产生532nm，再以之作为泵浦光进行光参量振荡获得800nm附近的信号光和1600nm附近的闲频光。
4.然而，目前获取该双波段近红外激光的技术存在一些不足：(1)结构复杂、稳定性较差，常用技术中包含的技术过程较为复杂，需经过多次转换才能得到最终所需，各技术过程需要精确调整，稳定性较差。(2)体积较大，常用技术中各技术过程均需要一定的体积空间，最终形成的激光器并不具备体积和重量优势。(3)光光转换效率较低，常用技术中因多各光转化过程，光光转换效率通常为1％-3％，无法获得较高的光光转化效率。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种双波段近红外脉冲激光器，包括产生443nm激光的泵浦源，还包括耦合光学系统、泵浦光模块、脉冲光模块、光参量振荡模块和输出镜；
6.所述泵浦光模块包括激光增益介质，所述激光增益介质为掺镨的氟化钇锂(pr:ylf)激光晶体；
7.所述光参量振荡模块包括非线性光学晶体，所述非线性光学晶体为三硼酸锂(lbo)晶体；
8.所述泵浦源依次连接所述耦合光学系统、所述泵浦光模块、所述脉冲光模块、所述光参量振荡模块和输出镜；所述泵浦源产生的443nm激光在所述耦合光学系统和所述泵浦光模块作用下输出泵浦光，其传输至所述输出镜，在所述输出镜作用下产生522nm的基频激光，并传输至所述脉冲光模块，在所述脉冲光模块作用下输出522nm的脉冲激光，并传输至所述光参量振荡模块，在所述光参量振荡模块作用下输出800nm和1502nm的激光至所述输出镜，并经由所述输出镜输出到腔外形成近红外波段双波段激光输出。
9.作为本发明的进一步改进，所述耦合光学系统为耦合透镜。
10.作为本发明的进一步改进，所述耦合透镜镀有增透膜。
11.作为本发明的进一步改进，所述泵浦光模块还包括第一输入镜，所述第一输入镜的输出端连接所述激光增益介质的输入端。
12.作为本发明的进一步改进，所述第一输入镜具体为对泵浦光有高透过率，对基频
光有高反射率的光学镜片，且其上镀有增透膜。
13.作为本发明的进一步改进，所述脉冲光模块包括信号发生器和声光调q晶体，所述信号发生器的输出端连接所述声光调q晶体的输入端。
14.作为本发明的进一步改进，所述信号发生器为所述声光调q晶体提供周期性脉冲方波信号，所述声光调q晶体为随超声场强度变化对应产生腔内损耗变化的光学晶体。
15.作为本发明的进一步改进，所述光参量振荡模块还包括第二输入镜，所述第二输入镜的输出端连接所述非线性光学晶体的输入端。
16.作为本发明的进一步改进，所述第二输入镜具体为对泵浦光和基频光都有高透过率，对信号光和闲频光有高反射率的光学镜片，且其上镀有增透膜。
17.作为本发明的进一步改进，所述泵浦源为半导体激光器；和/或
18.所述输出镜为对泵浦光和基频光有高反射率，对信号光有特定反射率，对闲频光有高透过率的光学镜片，且其上镀有增透膜。
19.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
20.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
21.(1)本发明的双波段近红外脉冲激光器，其通过泵浦光模块和光参量振荡模块可以简化光光转化过程，从而减少装置单元，使得本发明的双波段近红外脉冲激光器更小型且重量上更轻。同时，本发明的双波段近红外脉冲激光器各模块之间的光光转化率较高，使得最后的光光转化效率也较高。
22.(2)本发明的双波段近红外脉冲激光器，其通过对所需器件进行镀膜，使得光转换过程特定的激光通过这些部件的效率更高，对光的利用率更高，保证整个光转换过程可靠且具有较高的转化效率，同时使得装置整体稳定性较好。
23.(3)本发明的双波段近红外脉冲激光器，部分光学器件采用特定地材料或元器件，使得整体光光转化效率提升，且同样能够增强稳定性并且实现结构简化，有助于小型化和轻量化的实现，具有良好地应用价值。
24.(4)本发明中的双波段近红外脉冲激光器，采用掺镨激光和内腔光参量振荡(opo)的方式，可以简化光光转化过程(443nm
→
522nm
→
800nm+1502nm)，实现结构简化和增强稳定性的效果。进一步地，本发明的双波段近红外脉冲激光器还可以简化系统组成及单元，有助于小型化和轻量化的实现，且由于各模块间较高的光光转化效率，保证了最终光光转化效率的提升(预期可达到15％-20％)。本发明的双波段近红外脉冲激光器整体结构简单且效率较高，具有良好地应用前景。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明实施例中双波段近红外脉冲激光器的整体结构示意图；
27.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
28.1、泵浦源；2、耦合光学系统；3、泵浦光模块；4、脉冲光模块；5、光参量振荡模块；6、
输出镜；
29.301、第一输入镜；302、激光增益介质；
30.401、信号发生器；402、声光调q晶体；
31.501、第二输入镜；502、非线性光学晶体。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.实施例：
38.请参阅图1，本发明优选实施例中的双波段近红外脉冲激光器包括泵浦源1、耦合光学系统2、泵浦光模块3、脉冲光模块4、光参量振荡模块5和输出镜6。其中，如图1所示，泵浦源1的输出端连接耦合光学系统2的输入端，耦合光学系统2的输出端连接泵浦光模块3的输入端，泵浦光模块3的输出端连接脉冲光模块4的输入端，脉冲光模块4的输出端连接光参量振荡模块5的输入端，光参量振荡模块5的输出端连接输出镜6。
39.进一步地，优选实施例中的泵浦源1为半导体激光器且能够产生443nm蓝光激光。输出镜6为对泵浦光和基频光有高反射率，对信号光有特定反射率，对闲频光有高透过率的光学镜片，其进一步镀有增透膜，使得其对522nm的激光反射率更高且对800nm和1502nm的激光透过率更高。
40.具体地，优选实施例中泵浦源1连接耦合光学系统2输入端，其中，耦合光学系统2优选为耦合透镜，且其镀有增透膜，能够增加对443nm激光的透过率。当泵浦源1产生443nm的蓝光激光时，可进入耦合光学系统2进行耦合。并且，耦合光学系统2输出端连接泵浦光模块3输入端。
41.详细地，优选实施例中泵浦光模块3包括第一输入镜301和激光增益介质302，耦合光学系统2输出端此时连接第一输入镜301的输入端，第一输入镜301的输出端连接激光增益介质302的输入端。其中，优选实施例中第一输入镜301是对泵浦光有高透过率，对基频光有高反射率的光学镜片。且第一输入镜301进一步镀有增透膜，能够提高对443nm的激光的透过率和对522nm的激光的反射率。优选地，泵浦源1产生使激光增益介质302进行激励的泵浦激光。优选实施例中激光增益介质302为掺镨的氟化钇锂(pr:ylf)激光晶体。
42.可以理解的是，泵浦源1产生的443nm的激光经过耦合光学系统2传递至第一输入镜301，再经过第一输入镜301传递至激光增益介质302进行光功率放大。
43.更进一步地，优选实施例中泵浦光模块3输出泵浦光经过脉冲光模块4和光参量振荡模块5后至输出镜6，而经过泵浦光模块3后的激光在脉冲光模块4和光参量振荡模块5中均不产生反应，即激光增益介质302输出的泵浦光至输出镜6，在输出镜6作用下产生522nm的基频激光至脉冲光模块4。输出镜6产生的522nm的基频激光只在脉冲光模块4中反应，因此，输出镜6产生的522nm的基频激光会进入脉冲光模块4进行反应。
44.更具体地，优选实施例中脉冲光模块4包括信号发生器401和声光调q晶体402，信号发生器401的输出端连接声光调q晶体402的输入端。其中，优选实施例中信号发生器401为声光调q晶体402提供周期性脉冲方波信号，声光调q晶体402为随超声场强度变化对应产生腔内损耗变化的光学晶体。
45.可以理解的是，输出镜6输出的522nm的基频激光传递至声光调q晶体402的输入端，由于信号发生器401为声光调q晶体402提供周期性脉冲方波信号，使得522nm的基频激光在经过声光调q晶体402之后输出522nm的脉冲激光。
46.更详细地，优选实施例中光参量振荡模块5包括第二输入镜501和非线性光学晶体502，第二输入镜501的输出端连接非线性光学晶体502的输入端。其中，优选实施例中第二输入镜501为对泵浦光和基频光都有高透过率，对信号光和闲频光有高反射率的光学镜片，其优选镀有增透膜，能够提高对522nm的激光的透过率，对800nm和1502nm的激光的反射率。非线性光学晶体502优选为三硼酸锂(lbo)晶体。部分元器件的具体材料的选取使得各模块之间的光光转换率得到了提升。
47.可以理解的是，在脉冲光模块4作用下输出522nm的脉冲激光至光参量振荡模块5输入端，即第二输入镜501的输入端，在第二输入镜501和非线性光学晶体502的光参量振荡作用下输出800nm和1502nm的激光至输出镜6，并经由输出镜6输出到腔外形成近红外波段双波段激光输出。其采用内腔光参量振荡(opo)的方式，有效简化了光光转化过程，能够进一步使装置整体结构简单且可靠。且在以上光光转化过程中，各模块之间具有较高的光光转化效率，使得激光器整体的光光转化效率也较高。
48.本发明的双波段近红外脉冲激光器的工作过程如下：首先，半导体激光器产生443nm蓝光激光，通过镀膜对443nm高透过率的耦合透镜和镀膜对443nm高透过率、对522nm高反射率的第一输入镜301进入掺镨的氟化钇锂(pr:ylf)激光晶体进行泵浦，并在镀膜
522nm高反射率、对800nm和1502nm高透过率输出镜6的作用下产生522nm基频激光。之后在信号发生器401和声光调q晶体402的作用下成为脉冲激光，该522nm脉冲激光通过镀膜522nm高透过率、800nm和1502nm高反射率的第二输入镜501进入三硼酸锂晶体，在光参量振荡作用下产生800nm和1502nm激光，最后经由输出镜6输出到腔外形成近红外波段双波段激光输出。
49.本发明中的双波段近红外脉冲激光器，采用掺镨激光和内腔光参量振荡(opo)的方式，可以简化光光转化过程(443nm
→
522nm
→
800nm+1502nm)，实现结构简化和增强稳定性的效果。进一步地，本发明的双波段近红外脉冲激光器还可以简化系统组成及单元，有助于小型化和轻量化的实现，且由于各模块间较高的光光转化效率，保证了最终光光转化效率的提升(预期可达到15％-20％)。本发明的双波段近红外脉冲激光器整体结构简单且效率较高，具有良好地应用前景。
50.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种双波段近红外脉冲激光器，包括产生443nm激光的泵浦源，其特征在于，还包括耦合光学系统、泵浦光模块、脉冲光模块、光参量振荡模块和输出镜；所述泵浦光模块包括激光增益介质，所述激光增益介质为掺镨的氟化钇锂(pr:ylf)激光晶体；所述光参量振荡模块包括非线性光学晶体，所述非线性光学晶体为三硼酸锂(lbo)晶体；所述泵浦源依次连接所述耦合光学系统、所述泵浦光模块、所述脉冲光模块、所述光参量振荡模块和所述输出镜；所述泵浦源产生的443nm激光在所述耦合光学系统和所述泵浦光模块作用下输出泵浦光，其传输至所述输出镜，在所述输出镜作用下产生522nm的基频激光，并传输至所述脉冲光模块，在所述脉冲光模块作用下输出522nm的脉冲激光，并传输至所述光参量振荡模块，在所述光参量振荡模块作用下输出800nm和1502nm的激光至所述输出镜，并经由所述输出镜输出到腔外形成近红外波段双波段激光输出。2.根据权利要求1所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述耦合光学系统为耦合透镜。3.根据权利要求2所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述耦合透镜镀有增透膜。4.根据权利要求1所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦光模块还包括第一输入镜，所述第一输入镜的输出端连接所述激光增益介质的输入端。5.根据权利要求4所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述第一输入镜具体为对泵浦光有高透过率，对基频光有高反射率的光学镜片，且其上镀有增透膜。6.根据权利要求1所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲光模块包括信号发生器和声光调q晶体，所述信号发生器的输出端连接所述声光调q晶体的输入端。7.根据权利要求6所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述信号发生器为所述声光调q晶体提供周期性脉冲方波信号，所述声光调q晶体为随超声场强度变化对应产生腔内损耗变化的光学晶体。8.根据权利要求1所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述光参量振荡模块还包括第二输入镜，所述第二输入镜的输出端连接所述非线性光学晶体的输入端。9.根据权利要求8所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述第二输入镜具体为对泵浦光和基频光都有高透过率，对信号光和闲频光有高反射率的光学镜片，且其上镀有增透膜。10.根据权利要求1～9中任一项所述的双波段近红外脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦源为半导体激光器；和/或所述输出镜为对泵浦光和基频光有高反射率，对信号光有特定反射率，对闲频光有高透过率的光学镜片，且其上镀有增透膜。

技术总结
本发明公开了一种双波段近红外脉冲激光器，属于激光技术领域，包括泵浦源、耦合光学系统、泵浦光模块、脉冲光模块、光参量振荡模块和输出镜。泵浦源依次连接耦合光学系统、泵浦光模块、脉冲光模块、光参量振荡模块和输出镜。泵浦源产生的443nm激光在耦合光学系统和泵浦光模块作用下输出泵浦光，在输出镜作用下产生522nm的基频激光，在脉冲光模块作用下输出522nm的脉冲激光，在光参量振荡模块作用下输出800nm和1502nm的激光至输出镜，并经由输出镜输出到腔外形成近红外波段双波段激光输出。本发明的双波段近红外脉冲激光器，通过简化光光转化过程，从而减少装置单元，使得激光器更小型且重量上更轻。同时，本发明的双波段近红外脉冲激光器的光光转化效率较高。外脉冲激光器的光光转化效率较高。外脉冲激光器的光光转化效率较高。


技术研发人员：李青松 高亦飞 汪立军 韩松 王彤璐 张志强 李松柏 孙鑫鹏 韩新丽 李晔
受保护的技术使用者：湖北华中长江光电科技有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/15