阅读说明：本技术 紧凑型固体激光器 (Compact solid laser ) 是由 刘兰 廖若杭 余竞雄 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：紧凑型固体激光器,涉及脉冲式固体激光器领域。包括激光器腔体和设于激光器腔体内的脉冲激光产生模块；脉冲激光产生模块沿腔体中轴线依次排布有激光二极管、光束整形器、聚焦透镜、工作物质和饱和吸收体。还包括激光波长选择模块,激光波长选择模块置于饱和吸收体之后。激光波长选择模块沿腔体中轴线设有倍频晶体和合频晶体(可通过改变晶体配置情况更改输出激光波长)。引入激光二极管泵浦与被动调Q技术,结构简单紧凑,可输出具有固定频率且脉冲宽度小于1ns的脉冲激光。实现脉冲式固体激光器的小型化,具备稳定简单的结构与高效的泵浦光利用率,使用便携稳定,其窄脉宽的特征在医疗与检测领域具有应用潜力。(Compact solid laser relates to pulsed solid laser field. The laser comprises a laser cavity and a pulse laser generation module arranged in the laser cavity; the pulse laser generating module is provided with a laser diode, a beam shaper, a focusing lens, a working substance and a saturable absorber in sequence along the central axis of the cavity. The laser wavelength selection module is arranged behind the saturable absorber. The laser wavelength selection module is provided with a frequency doubling crystal and a frequency combining crystal (the output laser wavelength can be changed by changing the crystal configuration) along the central axis of the cavity. The laser diode pumping and passive Q-switching technology is introduced, the structure is simple and compact, and the pulse laser with fixed frequency and pulse width less than 1ns can be output. The pulse type solid laser has the advantages of realizing miniaturization of the pulse type solid laser, having a stable and simple structure and high-efficiency pump light utilization rate, being portable and stable in use, and having application potential in the medical and detection fields due to the characteristic of narrow pulse width.)

紧凑型固体激光器

技术领域

本发明涉及脉冲式固体激光器领域，尤其涉及紧凑型固体激光器。

背景技术

自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生已来，激光技术蓬勃发展。其中，脉冲激光具有脉冲宽度短，光谱范围宽，峰值功率高和重复频率可调的优点，使其在工业加工、材料处理、医疗和科学研究等领域具有普遍应用。与连续激光器相比脉冲激光与材料的交互时间非常短，热效应显著降低，更为适用于高精度与低损伤的应用情景。

脉冲激光技术的关键在于泵浦源与工作介质的选择以及通过调Q技术和锁模等技术获得高峰值功率。激光二极管泵浦技术的出现解决了传统灯泵浦激光器结构复杂，能量利用效率低的特征。激光二极管实质上是一种小型激光器，工作物质为半导体材料构成的PN结(或PIN结)，激励方式通常采用电激励的方式，其具有体型小，光束单色性好的特点。激光二极管泵浦技术的应用于激光器设计可有效降低激光器泵浦设计难度及激光器整体尺寸，提高能量利用效率。

调Q技术通过调制谐振腔品质因子(Q值)，将分散的激光能量集中压缩在极短时间内释放出来，以巨脉冲的形式输出，这种脉冲光脉宽窄，同时峰值功率高。调Q技术可以分为主动调Q与被动调Q，其中以非线性光学晶体实现的被动调Q技术具有体积小，容易转运和效率高等优点。

目前，各激光器供应商主要致力提供高峰值功率的脉冲式激光器，而更适合检测与医疗的低能量脉冲激光器产品寥寥无几，制约着脉冲激光器实际应用的发展。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供紧凑型固体激光器，引入激光二极管泵浦与被动调Q技术，结构简单紧凑，可输出具有固定频率且脉冲宽度小于1ns的脉冲激光。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

紧凑型固体激光器，包括激光器腔体和设于激光器腔体内的脉冲激光产生模块；所述脉冲激光产生模块沿腔体中轴线依次排布有激光二极管、光束整形器、聚焦透镜、工作物质和饱和吸收体。

本发明还包括激光波长选择模块，所述激光波长选择模块置于饱和吸收体之后。

所述激光波长选择模块沿腔体中轴线设有倍频晶体或合频晶体，或激光波长选择模块沿腔体中轴线依次排列设有倍频晶体和合频晶体。

所述倍频晶体采用BBO晶体；所述合频晶体采用LBO晶体。

所述工作物质采用Nd：YAG晶体；所述饱和吸收体采用Cr⁴⁺:YAG晶体。

所述光束整形器为多片长方体状的K9石英玻璃以棱边中点间隔旋转排列组成的微镜棱镜堆。

所述K9石英玻璃设有6片，相邻K9石英玻璃的间隔角度为10°。

所述K9石英玻璃的长宽高为15cm*15cm*0.5cm。

所述K9石英玻璃的六面经过抛光处理。

所述激光器腔体呈长方体设置，激光器腔体的长度不大于25cm。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明的激光谐振腔由工作物质(Nd：YAG)与饱和吸收体(Cr⁴⁺:YAG)共同组成，在工作物质(Nd：YAG)后方置入饱和吸收体(Cr⁴⁺:YAG)，当1064nm激光能量达到饱和吸收体阈值时在1ns的时间内快速释放，产生巨脉冲，实现被动调Q。

2、本发明通过改变激光波长选择模块配置可以选择输出包括1064nm(无倍频晶体，无合频晶体)、532nm(仅有倍频晶体)、355nm(同时具有倍频晶体及合频晶体)三种波长的激光。

3、本发明为纳秒级固体激光器，结构简单，整体紧凑，尺寸较小，所有配件被装配于长度为25cm的长方体激光器腔体内，实现脉冲式固体激光器的小型化，具备稳定简单的结构与高效的泵浦光利用率，使用便携稳定，其窄脉宽(1ns)的特征在医疗与检测领域具有应用潜力。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为光束整形器的结构示意图；

图4为光束整形的光束整形变换示意图。

附图标记：1-激光二极管，2-光束整形器，21-K9石英玻璃，3-聚焦透镜，4-工作物质，5-饱和吸收体，6-倍频晶体，7-合频晶体，I部分为激光产生模块，Ⅱ部分为波长选择模块。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例包括激光器腔体和设于激光器腔体内的脉冲激光产生模块I；

所述激光器腔体呈长方体设置，激光器腔体的长度不大于25cm；

所述脉冲激光产生模块I沿腔体中轴线依次排布有激光二极管1、光束整形器2、聚焦透镜3、工作物质4和饱和吸收体5；所述工作物质4采用Nd：YAG晶体；所述饱和吸收体5采用Cr⁴⁺:YAG晶体；

如图3～4所示，所述光束整形器2为6片长方体状的K9石英玻璃21按间隔10°以棱边中点旋转排列组成的微镜棱镜堆；所述K9石英玻璃21的长宽高为15cm*15cm*0.5cm，且K9石英玻璃21均采用六面抛光；

对于激光二极管，由于设计与原理的原因其产生的光束具有一定的发散角，本发明通过自行设计的微镜棱镜堆作为光束整形器2将发散光束进行准直，该光束整形器2可以将激光二极管1的发散光束整形为均匀的阵列分布，已到达泵浦光的点聚焦。

实施例2

如图2所示，本实施例在实施1的基础上还包括激光波长选择模块Ⅱ，所述激光波长选择模块Ⅱ置于饱和吸收体5之后；

所述激光波长选择模块Ⅱ沿腔体中轴线设有倍频晶体6或合频晶体7，或激光波长选择模块Ⅱ沿腔体中轴线依次排列设有倍频晶体6和合频晶体7；所述倍频晶体6采用BBO晶体；所述合频晶体7采用LBO晶体。

本发明的工作原理如下：

1、采用脉冲式电源为激光二极管1供电产生固定频率波长范围在700～800nm的泵浦激光，经过光束整形器2收束激光发散角形成平行光束，经由聚焦透镜3聚焦，泵浦激光可被工作物质4(Nd：YAG)吸收产生1064nm激光，1064nm激光在工作物质4和饱和吸收体5组成的谐振腔中振荡放大，当1064nm激光能量达到饱和吸收体5阈值时激光在1ns内被快速释放，产生巨脉冲，实现被动调Q，1064nm激光峰值输出能量大小可达到300μJ，对泵浦激光的转化率达到75％；

2、1064nm激光进入与激光束同轴线的激光波长选择模块Ⅱ，当该模块未配置倍频晶体6与合频晶体7时，激光器输出脉宽为1ns能量为300μJ的1064nm激光；当该模块仅配置倍频晶体6时，激光器输出脉宽为1ns能量为120μJ的532nm激光(1064nm转化率40％)；当该模块同时配置倍频晶体6与合频晶体7时，激光器输1ns能量40μJ的355nm激光(532nm转化率40％)。因此，通过调整波长选择模块Ⅱ可选择输出具有固定频率脉冲宽度为1ns的1064nm、532nm、355nm激光。

本发明引入激光二极管泵浦与被动调Q技术，结构简单紧凑，可输出具有固定频率且脉冲宽度小于1ns的脉冲激光。本发明实现脉冲式固体激光器的小型化，具备稳定简单的结构与高效的泵浦光利用率，使用便携稳定，其窄脉宽(1ns)的特征在医疗与检测领域具有应用潜力。