一种高功率激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高功率激光器。

背景技术

在端面泵浦激光器中，目前已经开发了使用活性离子掺杂的晶体如Nd： YVO

现有的二极管泵浦固态激光器比灯泵浦激光器具有更高的效率和紧凑性，特别是在那些需要TEM

发明内容

为了解决上述难题，本发明提供了一种提高了输出功率，改善了长期稳定性以及泵浦转换效率的高功率激光器。

为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种高功率激光器，包括光学谐振腔、谐波发生装置、光轴、反射镜一、折叠反射镜、反射镜二和冷却套，所述光学谐振腔设于反射镜一反射表面和反射镜二反射表面之间，反射镜一对于基频光束部分反射和部分透射，可以用作激光器的输出耦合器，优选的，反射镜一对基频光束约有85％的反射率和15％的透射率，反射镜二对基频光束具有高反射率，所述光轴设于光学谐振腔内，所述谐波发生装置设于光轴上，所述折叠反射镜设于反射镜一和反射镜二之间且靠近谐波发生装置，折叠反射镜对于基频光束高反，折叠反射镜对于泵浦光束高透，折叠反射镜与谐波发生装置纵轴成一定锐角，以锐角反射从谐波发生装置表面出射的基频光束，使其传向反射镜一并离开，所述谐波发生装置设于冷却套内。

进一步地，所述光学谐振腔设置为以TEM

进一步地，所述谐波发生装置包括激光介质和泵浦激光装置。

进一步地，所述谐波发生装置包括激光介质、泵浦激光装置、折叠反射镜一和偏振鉴别器。

进一步地，所述谐波发生装置包括激光介质、泵浦激光装置、折叠反射镜一和多次谐波发生装置。

进一步地，所述谐波发生装置包括激光介质、泵浦激光装置和OPO发生器。

进一步地，所述激光介质设于反射镜一和反射镜二之间的光学谐振腔内且靠近折叠反射镜，所述激光介质设有前端面和后端面，所述激光介质产生从前端面、后端面传播的基频光束，所述基频光束直径在0.8mm～2.0mm，所述激光介质直径为1.6～5倍基频光束直径。

进一步地，所述折叠反射镜一设于反射镜一和反射镜二之间的光学谐振腔内且靠近激光介质，折叠反射镜一以锐角反射从激光介质的后端面出射的基频光束，使其传向反射镜二，折叠反射镜一对于基频光束高反，对于泵浦光束高透，所述泵浦激光装置设于激光介质和折叠反射镜相对外侧，所述泵浦激光装置包括二极管泵浦源和透镜组件，所述透镜组件分别设于折叠反射镜和折叠反射镜一外侧，所述二极管泵浦源设于透镜组件外侧，二极管泵浦源发出的泵浦光束波长由冷却温度指定或调整，以匹配激光介质的吸收带，在通过透镜组件之后，泵浦光束被折叠反射镜和折叠反射镜一透射并激发激光介质，正确对准后，激光器会以预先选择的基频光束频率发射激光。

进一步地，所述OPO发生器为非线性晶体，例如LBO、BBO、KTP、 KTA晶体或任何其他合适的晶体。

进一步地，所述偏振鉴别器设于折叠反射镜一和反射镜二之间，所述偏振鉴别器为布儒斯特片，从激光介质的后端面传播的光束先被折叠反射镜一反射，再通过偏振鉴别器，最后被反射镜二反射回激光介质。

进一步地，所述多次谐波发生装置包括Q开关、二向色镜、多次谐波发生器和反射镜三，所述Q开关设于反射镜一和折叠反射镜之间，如果空间允许，Q开关可以位于腔体中的任何位置，所述二向色镜设于折叠反射镜一和反射镜二之间，二向色镜以基频光束的布儒斯特角或接近布儒斯特角放置，二向色镜的靠近折叠反射镜一的表面不用镀膜，而靠近反射镜二的表面镀有多次谐波光束高反膜和P偏振基频光束的高透膜，如果二向色镜的角度不是布儒斯特角，则二向色镜靠近折叠反射镜一的表面也镀有P偏振基频光束的高透膜，有利于 P偏振的基频光束振荡，从而抑制S偏振，实现偏振工作，所述多次谐波发生器设于二向色镜和反射镜一之间，所述反射镜三靠近二向色镜放置。

进一步地，所述多次谐波发生器包括二次谐波发生器。

进一步地，所述多次谐波发生器包括二次谐波发生器和三次谐波发生器。

进一步地，所述多次谐波发生器包括二次谐波发生器、三次谐波发生器和四次谐波发生器。

进一步地，所述二次谐波发生器为二次谐波非线性晶体，所述二次谐波非线性晶体为I或II型相位匹配非线性晶体。

进一步地，所述三次谐波发生器为三次谐波非线性晶体，所述三次谐波非线性晶体为I或II型相位匹配非线性晶体。

进一步地，所述四次谐波发生器为四次谐波非线性晶体，所述四次谐波非线性晶体为I类相位匹配的四次谐波LBO非线性晶体。

进一步地，所述激光介质为带有Nd的激光晶体。

进一步地，所述激光晶体是Nd：YAG晶体，掺杂浓度为0.2％～0.8％，所述激光晶体长度不少于20mm。

进一步地，所述激光晶体是Nd：YAG晶体，掺杂浓度约0.4％～0.6％。

进一步地，所述激光晶体是Nd：YLF晶体，掺杂浓度约0.3％～0.8％，所述激光晶体长度不少于20mm。

进一步地，所述激光晶体是Nd：YLF晶体，掺杂浓度约0.4％～0.7％。

进一步地，所述激光晶体是Nd：YVO

进一步地，所述激光晶体是Nd：YVO

进一步地，所述光学谐振腔长度为22cm～100cm。

进一步地，所述光学谐振腔长度为35cm～100cm。

本发明采取上述结构取得有益效果如下：本发明提供的一种高功率激光器，解决了现有技术的Nd：YAG激光器具有诸如热透镜、热引起的双折射和畸变，去偏振损耗和较差的模式质量的缺点，较难获得超过10W的输出功率，而且在10W时此类激光器运行不可靠，并且部分由于Nd：YAG激光晶体上的安装机械应力原因，输出功率可能会每天都有所不同的缺陷，采用一种能够产生超过10W的输出功率，优选具有15W、20W或更高输出功率并且具有长期稳定性的端面泵浦Nd：YAG激光器，可以实现二次谐波、三次谐波、四次谐波或更高阶谐波的激光器，与基频光束光学连通，这样的谐波激光器具有提高的效率和功率，OPO发生器可以在光学谐振腔中与基频光束光学连通，实现从基频光束到OPO发生器输出的高转换效率。

附图说明

图1为本发明一种高功率激光器的一种实施例结构示意图；

图2为本发明一种高功率激光器的另一种实施例结构示意图；

图3为本发明一种高功率激光器的二次谐波发生器结构示意图；

图4为本发明一种高功率激光器的三次谐波发生器结构示意图；

图5为本发明一种高功率激光器的四次谐波发生器结构示意图；

图6为本发明一种高功率激光器的一种冷却套结构示意图；

图7为本发明一种高功率激光器的两端具有较低Nd掺杂或未掺杂的YAG 晶体或的两端具有较低Nd掺杂或未掺杂的YLF晶体、高掺杂YLF晶体位于中心的激光介质的透视图；

图8为本发明一种高功率激光器的另一种冷却套的激光介质透视图；

图9为本发明一种高功率激光器的具有低Nd掺杂的Nd：YVO

图10为本发明一种高功率激光器的OPO激光器结构示意图。

其中，1、光学谐振腔，2、谐波发生装置，3、光轴，4、反射镜一，5、折叠反射镜，6、反射镜二，7、冷却套，8、激光介质，9、泵浦激光装置， 10、偏振鉴别器，11、多次谐波发生装置，12、OPO发生器，13、二极管泵浦源，14、四次谐波发生器，15、透镜组件，16、三次谐波发生器，17、折叠反射镜一，18、Q开关，19、二向色镜，20、多次谐波发生器，21、反射镜三， 22、二次谐波发生器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1-10所述，本发明一种高功率激光器，包括光学谐振腔1、谐波发生装置2、光轴3、反射镜一4、折叠反射镜5、反射镜二6和冷却套7，所述光学谐振腔1设于反射镜一4反射表面和反射镜二6反射表面之间，所述光轴3 设于光学谐振腔1内，所述谐波发生装置2设于光轴3上，所述折叠反射镜5 设于反射镜一4和反射镜二6之间且靠近谐波发生装置2，所述谐波发生装置2设于冷却套7内。

所述光学谐振腔1设置为以TEM

所述谐波发生装置2包括激光介质8和泵浦激光装置9。

所述谐波发生装置2包括激光介质8、泵浦激光装置9、折叠反射镜一17 和偏振鉴别器10。

所述谐波发生装置2包括激光介质8、泵浦激光装置9、折叠反射镜一17 和多次谐波发生装置11。

所述谐波发生装置2包括激光介质8、泵浦激光装置9、折叠反射镜一17 和OPO发生器12。

所述激光介质8设于反射镜一4和反射镜二6之间的光学谐振腔1内且靠近折叠反射镜5，所述激光介质8设有前端面和后端面，所述激光介质8产生从前端面、后端面传播的基频光束，所述基频光束直径在0.8mm～2.0mm，所述激光介质8直径为1.6～5倍基频光束直径。

所述折叠反射镜一17设于反射镜一4和反射镜二6之间的光学谐振腔1 内且靠近激光介质8，所述泵浦激光装置9设于激光介质8和折叠反射镜5相对外侧，所述泵浦激光装置9包括二极管泵浦源13和透镜组件15，所述透镜组件15和分别设于折叠反射镜5和折叠反射镜一17外侧，所述二极管泵浦源 13设于透镜组件15和外侧。

所述OPO发生器12为非线性晶体。

所述偏振鉴别器10设于折叠反射镜一17和反射镜二6之间，所述偏振鉴别器10为布儒斯特片。

所述多次谐波发生装置11包括Q开关18、二向色镜19、多次谐波发生器 20和反射镜三21，所述Q开关18设于反射镜一4和折叠反射镜5之间，所述二向色镜19设于折叠反射镜一17和反射镜二6之间，所述多次谐波发生器20 设于二向色镜19和反射镜一4之间，所述反射镜三21靠近二向色镜19放置。

所述多次谐波发生器20包括二次谐波发生器22。

所述多次谐波发生器20包括二次谐波发生器22和三次谐波发生器16。

所述多次谐波发生器20包括二次谐波发生器22、三次谐波发生器16和四次谐波发生器14。

所述二次谐波发生器22为二次谐波非线性晶体，所述二次谐波非线性晶体为I或II型相位匹配非线性晶体。

所述三次谐波发生器16为三次谐波非线性晶体，所述三次谐波非线性晶体为I或II型相位匹配非线性晶体。

所述四次谐波发生器14为四次谐波非线性晶体，所述四次谐波非线性晶体为I类相位匹配的四次谐波LBO非线性晶体。

所述激光介质8为带有Nd的激光晶体。

所述激光晶体是Nd：YAG晶体，掺杂浓度为0.2％～0.8％，所述激光晶体长度不少于20mm。

所述激光晶体是Nd：YAG晶体，掺杂浓度约0.4％～0.6％。

所述激光晶体是Nd：YLF晶体，掺杂浓度约0.3％～0.8％，所述激光晶体长度不少于20mm。

所述激光晶体是Nd：YLF晶体，掺杂浓度约0.4％～0.7％。

所述激光晶体是Nd：YVO

所述激光晶体是Nd：YVO

所述光学谐振腔1长度为22cm～100cm。

所述光学谐振腔1长度为35cm～100cm。

激光器包括形成光学谐振腔1的反射镜一4和反射镜二6，在光学谐振腔1内设置有激光介质8，特别是掺有Nd的激光介质8，例如Nd：YAG，Nd： YLF或Nd：YVO

预期将本发明用于Nd：YAG激光器，现有技术的Nd：YAG激光器具有诸如热透镜、热引起的双折射和畸变，去偏振损耗和较差的模式质量的缺点，较难获得超过10W的输出功率，而且在10W时此类激光器运行不可靠，并且部分由于Nd：YAG激光晶体上的安装机械应力原因，输出功率可能会每天都有所不同。本发明采用了一种能够产生超过10W的输出功率，优选具有 15W、20W或更高输出功率并且具有长期稳定性的端面泵浦Nd：YAG激光器。

在本发明的另一方面，使用了掺钕晶体，特别地，使用低Nd掺杂的Nd： YAG、Nd：YLF和Nd：YVO

在现有技术中，Nd：YAG、Nd：YLF和Nd：YVO

在本发明的另一方面，使用低掺杂的Nd：YAG，Nd：YLF和Nd：YVO

在本发明的另一方面，通过设计光学谐振腔1使得激光介质8中TEM

在本发明的另一方面，特别是对于Nd：YAG晶体，采用了直接液体冷却式壳体，目前，偏振TEM

在本发明的另一方面，掺杂Nd的激光介质8，例如Nd：YAG、Nd：YLF 和Nd：YVO

在本发明的另一方面，可以实现二次谐波、三次谐波、四次谐波或更高阶谐波的激光器。当采用二次谐波发生器22时，二次谐波发生器22——例如I 型或II型相位匹配非线性晶体，例如LBO，BBO，KTP晶体——位于与基频光束光学连通的谐振腔中，可以实现高效的二次谐波光学转换效率，当需要三次谐波发生器16时，二次谐波发生器22和三次谐波发生器16都位于与基频光束光学连通的谐振腔中，当需要四次谐波发生器14时，二次谐波发生器 22，三次谐波光束和四次谐波发生器14都位于谐振腔中，与基频光束光学连通，这样的谐波激光器具有提高的效率和功率。

在本发明的谐波产生方面，二次谐波产生采用I或II型相位匹配非线性晶体；三次谐波产生采用I或II型相位匹配晶体；四次谐波产生采用I型相位匹配晶体。在产生二次谐波的I型相位匹配晶体中，基频光束与所产生的二次谐波光束的偏振态正交，在产生三次谐波的I型相位匹配晶体中，入射在I型相位匹配晶体上的基频光束和二次谐波光束偏振态彼此平行，并产生与基频光束和二次谐波光束垂直偏振的三次谐波光束。在产生三次谐波的II型相位匹配晶体中，基频光束和二次谐波光束偏振态正交，所产生的三次谐波光束的偏振态平行于输入光束之一的偏振态。例如，在II型LBO晶体中的基频光束(1064 nm)和三次谐波光束(355mn)的偏振态将平行，也可以实现四次谐波转换，合适的晶体包括LiNBO3、BaNa(NbO

在本发明的另一方面，可以实现腔内光学参量振荡器，I型或II型相位匹配非线性晶体(例如LBO、BBO、KTP或KTA晶体)或其他OPO发生器12 可以在光学谐振腔1中与基频光束光学连通，实现从基频光束到OPO发生器 12输出的高转换效率。

图1给出了本发明的高功率激光器的一个实施例。在两个反射表面之间，优选在反射镜一4和反射镜二6之间形成光学谐振腔1，反射镜一4对于基频光束部分反射/部分透射，可以用作激光器的输出耦合器。理想情况下，反射镜一4对基频光束约有85％的反射率和15％的透射率。腔内折叠反射镜5对于基频光束高反，在反射镜一4和反射镜二6之间限定光轴3，激光介质8位于反射镜一4和反射镜二6之间的腔内，优选与折叠反射镜5相邻，激光介质8 优选激光晶体，进一步优选Nd掺杂的激光晶体，如Nd：YLF、Nd：YAG或 Nd：YVO

在运转中，激光介质8的前端面由二极管泵浦源进行泵浦。激光介质8激射，基频光束从激光介质8的前端面和后端面传播。激光介质8产生的基频光束被反射镜二6反射后，被引导回折叠反射镜5并穿过激光介质8；再到达反射镜一4，其中一部分作为激光的输出从腔中移出；而另一部分反射回到折叠反射镜5，回到激光介质8。这样所得的激光器具有高功率和高稳定性。

图2公开了本发明高功率激光器的另一个实施例。参照图2，在两个反射表面之间，优选在反射镜一4和反射镜二6之间形成光学谐振腔1。理想情况下，反射镜一4对于基频光束部分反射，部分透射，尽管可以使用其他百分比，但通常使用85％的反射率和15％的透射率。反射镜二6对基频光束具有高反射率，激光介质8位于反射镜一4和反射镜二6之间的光学谐振腔1内，优选地，激光介质8是Nd：YLF、Nd：YAG或Nd：YVO

在运转中，二极管泵浦源13和产生泵浦激光束，其波长与激光介质8的吸收带相位匹配。在通过透镜组件之后，泵浦光束被折叠反射镜一17和折叠反射镜5透射并激发激光介质8。正确对准后，激光器会以预先选择的基频光束频率发射激光：例如，对于Nd：YAG晶体，其频率为1064nm。基频光束从激光介质8的前端面和后端面出射，并沿着光轴3传播。先被折叠反射镜5 反射到反射镜一4。在反射镜一4上，一部分光束透射，另一部分光束反射。再经折叠反射镜5反射回激光晶体。从激光介质8的后端面传播的光束先被折叠反射镜一17反射；再通过偏振鉴别器10；最后被高反射反射镜一4反射回激光介质8。通过光学谐振腔1设计使得激光介质8，如Nd：YAG晶体中基频光束直径约为0.8mm～2.0mm。激光介质8的直径优选为基频光束直径的约 1.6～4倍。在图6给出了激光晶体冷却套7的示意图，可以直接冷却激光介质 8，如Nd：YAG晶体。理想情况下，Nd：YAG晶体LM掺杂浓度较低，约 0.2％～8％，优选约0.4％～约0.6％。激光器优选在TEM

示例1

图2所示激光器的具体构造：两个30W光纤耦合二极管激光器。光纤耦合二极管通过直径为0.8mm，数值孔径NA为0.2的能量传输光纤输出。波长为808nm的泵浦光束通过透镜组件入射到Nd：YAG激光晶体中。激光晶体中泵浦光束腰直径约1mm。如图7所示的激光介质8包括：中心部分——φ3 mm×30mm的0.5％Nd掺杂Nd：YAG晶体；两端——φ3mm×5mm的未掺杂YAG晶体，分别通过扩散结合到掺杂晶体上。晶体总长度为40mm。如图 6所示，将YAG晶体安装在冷却套7中。两个O形圈和不锈钢板固定YAG晶体的两端。整个30mm长的Nd：YAG晶体均直接进行水冷。水从一端流入，从另一端流出。光学谐振腔1的总长度约为50cm。通过设计光学谐振腔1使 YAG晶体中TEM

示例2

将示例1中所用激光晶体尺寸改为φ4mm×30mm，0.5％的Nd掺杂浓度不变，两端未掺杂区尺寸为φ4mm×5mm。其他所有描述均与示例1相同。我们实现了19.0W偏振TEM

另一方面，本发明激光器可以实现谐波光束输出，如图3～5所示，本发明特别适合于产生高功率谐波光束激光器，图3给出了二次谐波发生器22示例，理想情况下，激光介质8是Nd：YAG，Nd：YLF或Nd：YVO

示例3

图3所示的激光器中，二向色镜19相对基频光束和二次谐波光束以约56 度角定向，二向色镜19的面12镀有对S偏振的532nm波长约99.5％的高反射膜和对P偏振的1064nm波长约99.8％的高透射膜，二向色镜19的表面10未镀膜。二向色镜19的基材是厚度约为1毫米的熔融石英。将声光Q开关18插入腔中并以Bragg角放置，当连续射频电源工作时，激光器保持不工作状态。二向色镜19的作用类似于偏振鉴别器10，它迫使激光以P偏振的基频光束工作，反射镜二6在1064nm和532nm处的反射率均约为99.9％，SHG是产生二次谐波的LBO晶体，其尺寸为3mm×3mm×10mm，将LBO晶体切割为临界相位匹配，以产生1064nm的二次谐波；其中，θ＝90度，phi＝11.4度；激光晶体Nd：YAG的总泵浦功率约为57W，激光器在10kHz的Q开关18重复频率下，532nm波长的偏振TEM

图4在图3基础上加入了三次谐波光束产生装置THG，THG位于SHG和反射镜二6之间，在该示例中，采用I型相位匹配晶体产生二次谐波，采用II 型相位匹配晶体产生三次谐波。在I型相位匹配二次谐波晶体中，基频光束的偏振方向垂直于晶体轴线(“o”光或寻常光)，生成的二次谐波光束的偏振方向平行于光轴3(“e”光或异常光)。在II型相位匹配三次谐波的晶体中，基频光束和二次谐波光束是正交偏振的，产生的三次谐波光束的偏振态与两个输入光束之一的偏振态平行。例如，在II型LBO晶体中，基频光束和三次谐波光束的偏振态是平行的。

基频光束被折叠反射镜一17反射到二向色镜19，该二向色镜19与反射镜二6光学连通。在二向色镜19和反射镜二6之间是三次谐波发生器16THG和二次谐波发生器22SHG，与二向色镜19进行光学连通的是折叠反射镜5二，其对于三次谐波光束高反。在运转中，基频光束被折叠反射镜一17反射，并被导向二向色镜19，该二向色镜19对P偏振的基频光束高透，二向色镜19相对于沿光轴3传播的基频光束优选以布儒斯特角或接近布儒斯特角设置。二向色镜19的表面10不镀膜，二向色镜19的面12镀有对三次谐波光束的高反膜，对P偏振基频光束的高透膜；如果二向色镜19的设置角度不是布儒斯特角，则在面10镀有P偏振基频光束的高透膜，这将有利于P偏振的基频光束振荡，从而抑制S偏振，实现偏振工作，然后，基频光束通过三次谐波发生器 16THG，三次谐波发生器16THG优选为三次谐波非线性晶体，最优选为II型 LBO晶体，由于II型THG非线性晶体在相位匹配条件下只能将基频光束与二次谐波一起转换为三次谐波，因此在基频光束通过三次谐波发生器16的第一次通过时不会形成三次谐波，然后，基频光束通过二次谐波发生器22，在此部分基频光束被转换为二次谐波，然后，二次谐波光束和基频光束被反射镜二6 反射回二次谐波发生器22SHG，在此基频光束的另一部分再次转换为二次谐波，然后将基频光束和二次谐波引导通过三次谐波发生器16，在此将部分基频光束和二次谐波光束转换为三次谐波，然后，三次谐波光束由二向色镜19的表面12反射到二向色镜19，优选地，二次谐波光束被二向色镜19高透，而三次谐波光束被二向色镜19反射后作为输出指向腔外，基频光束透过二向色镜 19传向折叠反射镜一17，之后再次穿过激光介质8进行放大。

示例4

图4所示的激光器中，二向色镜19的表面12镀膜对355nm波长P偏振光有约99％的反射率，对1064nm波长P偏振光具有约99.8％的透射率，并且对于入射的基频光束，二次谐波光束和三次谐波光束以大约56度设置，二向色镜19的表面10未被镀膜。二向色镜19的基材是厚度约为1毫米的熔融石英。二向色镜19的作用类似于偏振鉴别器10，它迫使激光以P偏振的基频光束工作。激光晶体Nd：YG的总泵浦功率约为57W，THG是II型相位匹配 LBO晶体，尺寸为3mm×3mm×15nm，激光器在10kHz的Q开关18重复频率下在355nm处的偏振TEM

本发明包含四次谐波发生器14，采用位于光学谐振腔1内的二次谐波 LBO晶体(临界相位匹配或非临界相位匹配切割)，用于将部分基频光束转换为二次谐波光束，II型相位匹配三次谐波LBO非线性晶体(临界相位匹配切割)也位于光学谐振腔1内，来自激光器增益介质的基频光束被引导通过谐振腔内的I型相位匹配二次谐波晶体，结果，一部分基频光束被转换为二次谐波光束，基频光束和二次谐波光束通过I型相位匹配二次谐波晶体后再被反射回去，在二次谐波光束转换为更高次谐波光束之前，该基频光束再次部分转换为二次谐波光束，然后将得到的二次谐波光束和剩余基频光束导向II型三次谐波 LBO非线性晶体，当基频光束和二次谐波光束通过时，该晶体将一部分基频光束和大部分二次谐波光束转换为三次谐波光束，然后，当三次谐波光束和未转换的基频光束引导通过I型四次谐波LBO晶体(临界相位匹配切割)时，四次谐波晶体将一部分基频光束的和一部分三次谐波光束转换为四次谐波光束，然后将得到的基频光束、二次谐波光束、三次谐波光束和四次谐波光束导向到二向色镜19，经该二向色镜19，四次谐波光束与基频光束分离后作为激光器的输出导出到时谐振腔之外。备选地，也可以在第一个二向色镜19和激光介质 8之间放置第二个紫外分离器，以阻挡任何可能穿过激光介质8的紫外光束，然后将基频光束导引回穿过激光介质8进行放大，可选地，未转换的基频光束和二次谐波光束都可以返回通过激光介质8，以提高其效率。

图5与图4相似，除了在三次谐波发生器16THG和二向色镜19之间设置了四次谐波发生器14FHG之外，在折叠反射镜一17和反射镜二6之间设置有二向色镜19，FHG与二向色镜19和反射镜二6光学连通，THG与FHG光学连通，SHG与THG光学连通。在运转中，基频光束被导向二向色镜19，该二向色镜19对于P偏振基频光束高透，二向色镜19优选相对于沿光轴3传播的基频光束以布儒斯特角或接近布儒斯特角设置，二向色镜19的表面10未镀膜，二向色镜19的表面12镀有四次谐波光束的高反膜和P偏振基频光束的高透膜，如果二向色镜19不是以布儒斯特角设置，则可以在面10镀有P偏振基频光束的高透膜，这将有利于P偏振的基频光束，并且将区分S偏振。因此，激光器将在光学谐振腔1中基本上以P偏振工作，可选地，折叠反射镜5二可以将四次谐波光束与二次谐波光束和三次谐波光束分开，P偏振基频光束透过二向色镜19后入射到四次谐波发生器14FHG，FHG优选I类相位匹配的四次谐波非线性晶体LBO，其在存在基频光束的情况下可将三次谐波光束转换为四次谐波束，基频光束首次通过FHG时不受影响，然后，基频光束传播通过 THG时也不受影响，然后，它通过SHG，其中一部分基频光束转换为二次谐波光束，然后，二次谐波光束和基频光束被反射镜二6反射，第二次通过 SHG，在此另一部分基频光束转换为二次谐波光束，此后，二次谐波光束和基频光束通过THG时，部分基频光束和二次谐波被转换为三次谐波，经THG传播的光束然后被引导穿过FHG，在此处四次谐波光束和一部分基频光束被转换为四次谐波光束，然后，光束传播到二向色镜19，在此处基频光束透射后传输回激光介质8进行放大；而四次谐波光束被二向色镜19和折叠反射镜5二反射并被引导到腔体外。

参照图6，采用了直接水冷式激光介质8模块，也可以使用其他冷却液， Nd：YAG晶体总长30mm，直径3mm，中间部分Nd掺杂0.5％，两端各有 5mm长的未掺杂区，可选地，未掺杂区可以用低掺杂的Nd：YAG晶体代替，例如约0.1％掺杂，两个光学晶体表面都镀有激光波长和泵浦波长的抗反射膜，晶体采用扩散键合技术制备，激光晶体除垂直于光轴3的两个端面外，所有表面均直接水冷，水从一端进入，从另一端流出，采用O形环和不锈钢板固定并密封未掺杂或约0.1％掺杂的YAG晶体端面，进水口和出水口未显示(下方)，冷却套7消除了与传导冷却相关的机械安装应力，这对于Nd：YAG激光器尤其重要，因为除了热感应应力外，机械应力还会导致高效率/高功率线偏振TEM

参照图7和8的传导冷却模块设计，采用了三段键合Nd：YLF晶体，激光晶体30掺有0.4％的Nd，其尺寸为φ4mm×7mm，激光晶体31的Nd掺杂浓度1％，其尺寸为φ4mm×20mm，将三块晶体沿“c”轴对齐，并用125μm厚的铟箔包裹，然后Nd：YLF晶体直接安装在铜热沉模块中，通过水流冷却，现在参考图3的Nd：YLF激光器，基频光束光斑直径尺寸设计为约1.0mm，来自两个中心波长为804nm的30W光纤耦合二极管的总泵浦功率为57W，线偏振TEM

再次参考图8和图1，采用30W单光纤耦合二极管泵浦激光器泵浦Nd： YVO

本发明的激光晶体优选直接水冷，特别是对于偏振TEM

图7中使用了三段式Nd：YAG晶体。中心区掺杂约0.4％～0.6％，而靠近泵浦激光器的晶体段掺杂约0.1％～约0.2％，优选约0.1％，也可以不掺杂。在端部使用未掺杂或掺杂Nd浓度较低的晶体，可以降低晶体中的热应力，从而使热分布更加均匀；同时也可用于收缩冷却套7并将激光棒固定在适当的位置。

另一方面，本发明包含腔内光学参量振荡器，特别适合于产生高功率反射镜一4和反射镜二6输出，如图10所示，激光介质8是Nd：YAG，Nd：YLF 或Nd：YVO4，反射镜一4和反射镜二6的反射表面之间形成光学谐振腔1，反射镜一4和反射镜二6都对基频光束高反，对于Nd：YAG激光，其反射镜波长是1064nm，反射镜一4对于OPO发生器12的预选信号波也是高反射性的，对于闲频波是透射的，给出的示例中闲频波2602nm，信号1800nm，或者，反射镜二6可以对信号波部分反射，从而用作OPO发生器12的输出耦合器，可以在腔体内采用可选的Q开关18，该Q开关18优选与反射镜一4相邻，也可以根据需要位于腔体中的任何地方，从折叠反射镜一17反射的基频光束被引导通过二向色镜19，该二向色镜19以基频光束的布儒斯特角或接近布儒斯特角设置，二向色镜19的表面10未镀膜，二向色镜19表面12镀有信号波高反膜和P偏振下的基频光的高透膜，如果二向色镜19的设置不是布儒斯特角，其表面10也可以镀有P偏振基频光的高透膜，这将有利于P偏振的基频光束，并且将区分S偏振。因此，激光器将在光学谐振腔1中基本上以P 偏振工作，反射镜一4对于信号波部分反射、部分透射，而对于闲频波是透射的，OPO光学谐振腔1形成在反射镜一4和反射镜二6之间，基频光束被引导通过非线性OPO发生器12，该非线性OPO发生器12最好是非线性晶体，例如LBO、BBO、KTP、KTA晶体或任何其他合适的晶体，在相位匹配条件下，根据“激光基频光频率＝信号波频率+闲频波频率”关系，一部分基频光光束转化为信号波和闲频波，可以通过控制非线性晶体角度或温度来控制输出信号频率，激光基频光束和OPO信号光束被反射回非线性OPO晶体后，另一部分基频光束被转换为信号波和闲频波，激光基频光束通过二向色镜19到达激光介质8，以进行进一步放大，信号波将在折叠反射镜5二和反射镜二6之间振荡，并通过二向色镜19产生输出。激光基频光束充当OPO的泵浦光束。在这种配置中，不会浪费激光基频光束。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。