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【发明授权】一种白光激光器_华侨大学_201711248991.5 

申请/专利权人:华侨大学

申请日:2017-12-01

公开(公告)日:2023-05-26

公开(公告)号:CN107994448B

主分类号:H01S3/06

分类号:H01S3/06;H01S3/0941;H01S3/10

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2023.05.26#授权;2018.06.01#实质审查的生效;2018.05.04#公开

摘要:本发明涉及一种白光激光器,包括泵浦源、第一谐振腔和第二谐振腔;泵浦源为蓝光半导体激光器;泵浦源经分束镜透射的泵浦光依次经第一可调衰减器、第一全反射镜和第一透镜后入射到第一谐振腔,泵浦第一激光晶体产生红光;泵浦源经分束镜反射的泵浦光依次经过第二可调衰减器、第二全反射镜和第二透镜后入射到第二谐振腔,泵浦第二激光晶体产生绿光;所述红光、绿光、泵浦源入射到第一谐振腔内未起振的蓝光及泵浦源进入第二谐振腔内未起振的蓝光均经二向色镜和激光输出镜输出腔外,混合成为白光。本发明的白光激光器通过两个可调衰减器分别调节入射到两个谐振腔的泵浦光功率,从而控制红光和绿光的功率比例,以实现输出的白光光谱的调节。

主权项:1.一种白光激光器,其特征在于,包括泵浦源1、分束镜2、第一可调衰减器3、第二可调衰减器4、第一全反射镜5、第二全反射镜6、第一透镜7、第二透镜8、第一谐振腔和第二谐振腔;所述第一谐振腔包括在光路上依次放置的第一后腔镜9、第一激光晶体11、二向色镜15和激光输出镜16;所述第二谐振腔包括在光路上依次放置的第二后腔镜10、第二激光晶体12、二向色镜15和激光输出镜16;所述泵浦源1为蓝光半导体激光器;所述泵浦源1经分束镜2透射的泵浦光依次经第一可调衰减器3、第一全反射镜5和第一透镜7后入射到所述第一谐振腔,泵浦第一激光晶体11产生红光,所述红光经二向色镜15后从激光输出镜16出射到腔外;所述泵浦源1经分束镜2反射的泵浦光依次经过第二可调衰减器4、第二全反射镜6和第二透镜8后入射到第二谐振腔,泵浦第二激光晶体12产生绿光,所述绿光经二向色镜15反射后从激光输出镜16出射到腔外;所述泵浦源1入射到第一谐振腔内未起振的蓝光经二向色镜15和激光输出镜16输出腔外,所述泵浦源1进入第二谐振腔内未起振的蓝光也经二向色镜15和激光输出镜16输出腔外,并与所述红光和绿光混合成为白光;所述第一激光晶体11和第二激光晶体12均为Pr:YLF晶体。

全文数据:一种白光激光器技术领域[0001]本发明涉及激光照明领域和激光显示领域,特别涉及一种白光激光器。背景技术[0002]随着科技的进步和激光技术的快速发展,激光器已经在通信、医疗、机械加工、武器、照明等领域有着广泛的应用。受到激光高单色性的限制,激光器主要以单色光输出为主。当然研究者们也在白光激光器的研究领域做出了大量的努力和尝试,并且取得了不错的成绩。[0003]目前,利用激光技术产生白光的方法主要有:(1用多台分立的激光器合成白光,这种方法需要多台设备,而且整个系统不方便移动,不易操作;(2利用在高光功率下材料的非线性响应,产生不同颜色的激光,之后再进行混合、调控,这种方法需要功率较大的栗浦激光系统,操作具有一定的危险性,而且会因为实验过程中的光学细丝和击穿效应等非线性效应,使输出光束的质量下降;(3使用掺钛的蓝宝石激光器泵浦光子晶体和微结构光纤,这种方法为较实用的技术,但是光子晶体和微结构光纤的结构复杂,并且掺钛的蓝宝石激光器价格昂贵,使得这个系统造价高昂,不易调控;⑷还有使用特殊结构的半导体材料,如晶格失配的半导体晶体,这些方法技术要求高,晶体不易获得,造价昂贵。因此,一种结构简单、操作容易、取材方便、价格低廉的白光激光器将是研宄者们所追求的,也是当前迫切需要的。发明内容[0004]本发明的目的在于克服现有技术之不足,提出一种结构简单、操作方便、光谱可调的白光激光器。[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:[0006]一种白光激光器,包括泵浦源、分束镜、第一可调衰减器、第二可调衰减器、第一全反射镜、第二全反射镜、第一透镜、第二透镜、第一谐振腔和第二谐振腔;所述第一谐振腔包括在光路上依次放置的第一后腔镜、第一激光晶体、二向色镜和激光输出镜;所述第二谐振腔包括在光路上依次放置的第二后腔镜、第二激光晶体、二向色镜和激光输出镜;所述栗浦源为蓝光半导体激光器;所述栗浦源经分束镜透射的泵浦光依次经第一可调衰减器、第一全反射镜和第一透镜后入射到所述第一谐振腔,泵浦第一激光晶体产生红光,所述红光经二向色镜后从激光输出镜出射到腔外;所述泵浦源经分束镜反射的栗浦光依次经过第二可调衰减器、第二全反射镜和第二透镜后入射到第二谐振腔,泵浦第二激光晶体产生绿光,所述绿光经二向色镜反射后从激光输出镜出射到腔外;所述泵浦源入射到第一谐振腔内f起振的蓝光经二向色镜和激光输出镜输出腔外,所述泵浦源进入第二谐振腔内未起振的蓝光也经二向色镜和激光输出镜输出腔外,并与所述红光和绿光混合成为白光。[0007]优选的,所述第一可调衰减器调节透射到所述第一谐振腔的泵浦光功率以控制输出的红光的功率,实现不同光谱分布的白光输出。[0008]优选的,所述第二可调衰减器调节反射到所述第二谐振腔的泵浦光功率以控制输出的绿光的功率,实现不同光谱分布的白光输出。[0009]优选的,所述第一谐振腔还包括第一散热铜块;所述第一散热铜块将所述第一激光晶体紧密包裹,为所述第一激光晶体散热。[0010]优选的,所述第二谐振腔还包括第二散热铜块;所述第二散热铜块将所述第二激光晶体紧密包裹,为所述第二激光晶体散热。[0011]优选的,所述第一激光晶体和第二激光晶体均为Pr:YLF晶体。[0012]优选的,所述第一后腔镜对蓝光透射率大于90%,对红光反射率大于95%。[0013]优选的,所述第二后腔镜对蓝光透射率大于90%,对绿光反射率大于95%。[0014]优选的,所述二向色镜对红光透射率大于95%,对绿光反射率大于95%。[0015]优选的,所述激光输出镜对蓝光透射率大于90%。[0016]与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:[0017]1、本发明使用两块常规的Pr:YLF晶体,不需要在晶体中做特殊的纳米结构,容易从市场上获得,价格适中,使得获取白光的成本更低,也更加容易;[0018]2、本发明的Pr:YLF晶体对散热要求不高,降低了激光器系统对散热的要求,简化了激光晶体的散热系统,为整个系统的小型化提供了有利的前提,使系统的集成化成为可能;[0019]3、本发明利用一块二向色镜,将两个谐振腔耦合在一起,结构更加紧凑,更加简单,简化了获得白光的方法,系统的造价也更低;[0020]4、本发明的红光、蓝光和绿光从同一个激光输出镜输出,不需要额外的设备来耦合各色光束,操作简单;[0021]5、本发明利用两个可调衰减器,可以通过改变入射到两个谐振腔的栗浦光功率,控制红光和绿光的功率比例,使得获得的白光的光谱更多样化,操作简单、快捷、实时、方便。[0022]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的一种白光激光器不局限于实施例。附图说明[0023]图1为本发明实施例提供的一种白光激光器的结构示意图。[0024]附图标记:1、泵浦源,2、分束镜,3、第一可调衰减器,4、第二可调衰减器,5、第一全反射镜,6、第二全反射镜,7、第一透镜,8、第二透镜,9、第一后腔镜,1〇、第二后腔镜,U、第一激光晶体,12、第二激光晶体,13、第一散热铜块,丨4、第二散热铜块,i5、二向色镜,16、激光输出镜。具体实施方式[0025]、下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案做进一步说明。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。[0026]本实施例提供的一种白光激光器的结构示意图,参见图1所示,包括栗浦源U分巧镜2、第一可调衰减器3、第二可调衰减器4、全反射镜5、全反射镜6、透镜7、透镜8、第一后腔镜9、第二后腔镜10、第一激光晶体11、第二激光晶体12、第一散热铜块13、第二散热铜块14、二向色镜15和激光输出镜16。、[0027]本实施例中,所述栗浦源1为蓝光半导体激光器;所述第一激光晶体I1和第一激光晶体12均为Pr:YLF晶体。Pr:YLF晶体的主要的发射谱线包括:3P〇—平2、中1—3他等,对应的峰值跃迁波长分别是红光639•5nm和绿光522•6nm。红光谱线增益比绿光谱线增益强。[0028]进一步的,所述第一后腔镜9、第一激光晶体11、第一散热铜块13、二向色镜15和激光输出镜16组成第一谐振腔。其中,所述第一后腔镜9对蓝光透射率9〇%,对红光反射率95%;所述激光输出镜丨6对蓝光透射率9〇%。[0029]具体的,所述泵浦源1输出的部分蓝光经所述分束镜2透射后,依次经过第一可调衰减器3、全反射镜5、透镜7后入射到第一谐振腔,泵浦第一激光晶体11产生红光,并且所产生的红光经二向色镜15后从激光输出镜16出射到腔外;[0030]进一步的,所述第二后腔镜10、第二激光晶体I2、第二散热铜块14、二向色镜15和激光输出镜16组成第二谐振腔。其中,所述第二后腔镜1〇对蓝光透射率大于9〇%,对绿光反射率大于95%;所述二向色镜15对红光透射率大于95%,对绿光反射率大于95%。[0031]具体的,所述泵浦源1输出的部分蓝光经所述分束镜2反射后依次经过第二可调衰减器4、全反射镜6、透镜8后入射到第二谐振腔,泵浦第二激光晶体12产生绿光,并且所产生的绿光经二向色镜15反射后从激光输出镜16出射到腔外。[0032]进一步的,所述泵浦源1入射到第一谐振腔内未起振的蓝光经二向色镜15、激光输出镜16输出腔外;所述栗浦源1进入第二谐振腔的蓝光,其中未起振的部分也经二向色镜15、激光输出镜16输出腔外,并与第一谐振腔输出的红光、第二谐振腔输出的绿光混合成为白光。[0033]进一步的,所述第一可调衰减器3控制入射到第一谐振腔内的泵浦光功率,从而调节第一谐振腔产生的红光的功率;所述第二可调衰减器4控制入射到第二谐振腔内的泵浦光功率,从而调节第二谐振腔产生的绿光的功率;通过调节第一谐振腔产生的红光的功率和第二谐振腔产生的绿光的功率之间的比例,可以输出不同光谱分布的白光。[0034]进一步的,所述第一散热铜块I3将第一激光晶体11紧密包裹,与第一激光晶体11充分接触,为第一激光晶体11散热;所述第二散热铜块14将为第二激光晶体12紧密包裹,与激光晶体充分接触散热,为第二激光晶体I2散热。[0035]本发明的基本原理如下:栗浦源1为蓝光半导体激光器,其输出的激光被分成两束泵浦光分别泵浦第一谐振腔和第二谐振腔内的Pr:YLF晶体。所使用的Pr:YLF晶体的主要的发射谱线包括:3P0—3F2、3P1—3H5等,对应的峰值跃迁波长分别是红光639.5nm和绿光522.6nm。红光谱线增益比绿光谱线增益强,因此将两个Pr:YLF晶体分别置于两个谐振腔内,避免在同一个谐振腔内红光谱线和绿光谱线之间的竞争;并且由于Pr:YLF晶体分别置于两个谐振腔,可以方便的调节入射到两个谐振腔的泵浦光功率,从而实现红光和绿光的功率的独立调节。使用一个二向色镜把两个谐振腔耦合在一起,使得蓝光、红光、绿光能从同一个激光输出镜输出,获得白光。[0036]本发明的白光激光器,采用两块常规的Pr:YLF晶体,使得获得白光的成本更低,同时降低了激光器系统对散热的要求,为整个系统的小型化提供了有利的前提。利用一块二向色镜,将两个谐振腔耦合在一起,结构更加紧凑,更简单。红光、蓝光和绿光从同一个激光输出镜输出,不需要额外的设备来准直各色光束,操作方便。利用两个可调衰减器分别调节入射到两个谐振腔的泵浦光的功率,进而调节输出的红光和绿光的功率比例,使获得的白光光谱可调,而且操作简单、实时、方便。[0037]尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

权利要求:1.一种白光激光器,其特征在于,包括栗浦源(1、分束镜2、第一可调衰减器3、第二可调衰减器4、第一全反射镜5、第二全反射镜6、第一透镜7、第二透镜⑻、第一谐振腔和第二谐振腔;所述第一谐振腔包括在光路上依次放置的第一后腔镜9、第一激光晶体11、二向色镜(15和激光输出镜(16;所述第二谐振腔包括在光路上依次放置的第二后腔镜(1〇、第二激光晶体(12、二向色镜(15和激光输出镜(16;所述泵浦源(1为蓝光半导体激光器;所述栗浦源(1经分束镜2透射的栗浦光依次经第一可调衰减器3、第一全反射镜5和第一透镜7后入射到所述第一谐振腔,栗浦第一激光晶体(11产生红光,所述红光经二向色镜(15后从激光输出镜(16出射到腔外;所述栗浦源(1经分束镜2反射的栗浦光依次经过第二可调衰减器4、第二全反射镜⑹和第二透镜8后入射到第二谐振腔,栗浦第二激光晶体(12产生绿光,所述绿光经二向色镜(I5反射后从激光输出镜(16出射到腔外;所述栗浦源⑴入射到第一谐振腔内未起振的蓝光经二向色镜(15和激光输出镜(16输出腔外,所述栗浦源(1进入第二谐振腔内未起振的蓝光也经二向色镜15和激光输出镜16输出腔外,并与所述红光和绿光混合成为白光。2.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第一可调衰减器3调节透射到所述第一谐振腔的栗浦光功率以控制输出的红光的功率,实现不同光谱分布的白光输出。3.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第二可调衰减器4调节反射到所述第二谐振腔的泵浦光功率以控制输出的绿光的功率,实现不同光谱分布的白光输出D4.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第一谐振腔还包括第一散热铜块13;所述第一散热铜块13将所述第一激光晶体11紧密包裹,为所述第一激光晶体11散热。5.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第二谐振腔还包括第二散热铜块14;所述第二散热铜块14将所述第二激光晶体12紧密包裹,为所述第二激光晶体12散热。6.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第一激光晶体(11和第二激光晶体12均为Pr:YLF晶体。7.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第一后腔镜9对蓝光透射率大于90%,对红光反射率大于95%。8.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述第二后腔镜(1〇对蓝光透射率大于90%,对绿光反射率大于95%。9.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述二向色镜(15对红光透射率大于95%,对绿光反射率大于95%。10.根据权利要求1所述的白光激光器,其特征在于,所述激光输出镜(16对蓝光透射率大于90%。

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