專利名稱：低噪聲全固體藍光激光諧振腔的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及全固體激光器，特別是一種低噪聲全固體藍光激光諧振腔。
技術背景半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻的小型藍光激光器是一種有著很好前景的技術，其方 案是利用半導體激光器泵浦Nd: YAG，通過鍍膜手段抑制1064nm和1319nm起振， 從而獲得Nd3+W 946nm躍遷(4F3/2_4I9/2)的激光譜線，再用倍頻晶體進行腔內(nèi)倍 頻，從而獲得波長為473nm的藍色激光輸出。影響這種激光器應用的一個主要問題 是輸出的瞬間起伏大，即噪聲大。研究表明，該噪聲主要緣于基頻光多縱模在倍頻 晶體內(nèi)的和頻效應，以及非偏振激光兩個偏振分量的相互耦合?；谶@個理論，消 除或減少激光器噪聲的一個直接方法就是迫使激光器單頻運轉(zhuǎn)。目前已報道的選頻 方法包括短腔選單縱模方法，如圖l由半導體激光器l、耦合鏡2、激光晶體3、倍頻晶 體兼輸出腔鏡6組成；F-P標準具選單縱模方法，如圖2由半導體激光器1、耦合鏡2、激光晶體3、 標準具15、倍頻晶體6、標準具16、輸出腔鏡7組成；正交偏振模選單縱模方法，如圖3由半導體激光器1、耦合鏡2、激光晶體3、 倍頻晶體6、 1/4波片17、輸出腔鏡7組成；雙折射濾波片選單縱模方法，如圖4由半導體激光器1、耦合鏡2、激光晶體3、 偏振片18、石英晶體全波片5、倍頻晶體6、輸出腔鏡7組成；行波腔選單縱模方法，如圖5由半導體激光器1、耦合鏡2、輸入腔鏡19、激光 晶體3、 1/2波片20、 TGG法拉第旋轉(zhuǎn)器21、反射鏡22、反射鏡23、倍頻晶體6、 輸出腔鏡7組成。短腔法選單縱模方法需要限制腔長，這就限制了腔內(nèi)激光晶體、倍頻晶體和其 他各種元件的尺寸，從而使輸出功率很小且運行方式單一，只適合應用于微芯片激 光器中；F-P標準具選單縱模方法一般需要同時插入兩個標準具才能達到理想選頻效 果，這就使得損耗過大，從而限制了激光轉(zhuǎn)化效率；正交偏振模選單縱模方法消除 模式耦合的能力欠佳，長期工作穩(wěn)定性不夠；雙折射濾波片法抑制多縱模運轉(zhuǎn)的能 力有限，單頻運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性欠佳；行波腔法結構過于復雜，調(diào)整難度高，不適合批 量生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種適用于半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻的低噪聲全固 體藍光激光諧振腔，以便更好的解決其噪聲問題。 本實用新型的技術解決方案如下一種低噪聲全固體藍光激光諧振腔，包括半導體激光器和沿該半導體激光器發(fā) 出的泵浦光方向同光軸地依次設置的耦合鏡、激光晶體、I類相位匹配倍頻晶體、 輸出腔鏡，其特征是在所述的激光晶體和I類相位匹配倍頻晶體之間放置有標準具 和石英晶體全波片，所述的激光晶體左端面鍍有對泵浦光的減反膜和對基頻光的高 反射率的多層介質(zhì)膜，右端面鍍有對基頻光的減反介質(zhì)膜，所述的輸出腔鏡左端面鍍有對基頻光的高反射率的介質(zhì)膜，右端面鍍有對倍頻光的減反膜，所述的激光晶 體的左端面和輸出腔鏡之間構成了激光諧振腔；所述的石英晶體全波片與I類相位 匹配倍頻晶體構成雙折射濾波片，所述的石英晶體全波片、I類相位匹配倍頻晶體 和標準具都鍍有對基頻光的減反膜。 該諧振腔工作過程如下由半導體激光器發(fā)出泵浦光通過耦合鏡入射激光晶體，所激發(fā)出來的熒光在激 光晶體左端面和輸出腔鏡組成的諧振腔內(nèi)振蕩產(chǎn)生多縱?；l光；對基頻光起偏振 作用的I類相位匹配倍頻晶體和石英晶體全波片構成了雙折射濾波片，I類相位匹 配倍頻晶體、石英晶體全波片與標準具共同作用抑制掉該基頻光的中心模之外的多余縱模成分，僅保留中心模，使基頻光呈單縱模形式振蕩；單縱模基頻光經(jīng)過倍頻 晶體6的非線性倍頻作用后形成單縱模倍頻光輸出。本實用新型的原理如下應用F-P標準具選頻，F(xiàn)-P標準具的透射率是隨波長而變化的，F(xiàn)-P標準具的透射率為式中R為F-P標準具的表面反射率；3 = ^*2Wcose為由F-P標準具表面反射的相鄰兩光束的相位差;入為入射激光真空中的波長；d為F-P標準具厚度；n為F-P標準具d折射率；e為F-P標準具內(nèi)光線的折射角。F-P標準具自由光譜區(qū)范圍為
2m(/ cos(—) 其中a為標準具傾斜角度。
通過選擇合適的R， d和a，使自由光譜區(qū)和入射激光增益線寬基本一致，并使 增益線寬內(nèi)只含兩個透過率最大值，則該標準具起到了限制入射激光帶寬的作用。 同時，I類相位匹配倍頻晶體對入射激光有起偏作用，可以看成是一個光學偏振片， 它和石英晶體全波片構成了雙折射濾光片。入射激光經(jīng)過該倍頻晶體后成為線偏振 光，該線偏振光經(jīng)過石英晶體后被分解為o光和e光，該o光和e光在石英晶體內(nèi) 往返一次的相位差為5 = 4;r/("。- )/;i，
式中/為石英晶體厚度，no和ne為不同縱模對應下o光和e光在石英晶體中 的折射率，X為入射激光真空中的波長。只有滿足5:/n;r (m為正整數(shù))的縱模，
返回到偏振片的光的偏振方向與原偏振方向相同的縱模，該偏振片對其損耗才為零。 偏振片對其他縱模存在不同程度的損耗，也就抑制了這些縱模，達到了選頻效果。
本實用新型同時考慮了結構較為簡單，腔內(nèi)損耗不能過大和單縱模穩(wěn)定工作等 低噪聲激光諧振腔設計需求，本實用新型優(yōu)點在于
(1) 相對于行波腔法來說，結構較為簡單，總共只插入兩個額外光學元件，且 同樣能圓滿完成低噪聲長期穩(wěn)定輸出要求，這使得激光器的批量生產(chǎn)成為可能；
(2) 相對于短腔法來說，由于對腔長沒有要求，故而能夠放置更多光學元件， 更長的激光晶體和倍頻晶體等，從而可以提高輸出功率；
(3) 相對于正交偏振法和雙折射濾波法來說，結構上并沒有復雜多少，但本實 用新型結合了標準具和雙折射濾波片的選頻效果，使得單縱模輸出更加穩(wěn)定，能夠 滿足實際需要；
(4) 相對于F-P標準具方法來說，由于只采用1個標準具，在選頻效果類似的 情形下有效降低了損耗，而且降低了激光器調(diào)整難度，這就體現(xiàn)出更好的綜合效果。


圖1是背景技術中短腔法選頻的半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻低噪聲全固體藍光激 光諧振腔示意圖
圖2是背景技術中F-P標準具法選頻的半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻低噪聲全固體 藍光激光諧振腔示意圖
圖3是背景技術中正交偏振模法選頻的半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻低噪聲全固體 藍光激光諧振腔示意圖
圖4是背景技術中雙折射濾波法選頻的半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻低噪聲全固體
藍光激光諧振腔示意圖
圖5是背景技術中行波腔法選頻的半導體激光泵浦腔內(nèi)倍頻低噪聲全固體藍光 激光諧振腔示意圖
圖6是本實用新型實施例裝配示意圖具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明。
請參閱圖6，圖6是本實用新型一個實施例的裝配示意圖，由圖可見，本實用 新型低噪聲全固體藍光激光諧振腔，包括半導體激光器1和沿該半導體激光器1發(fā) 出的泵浦光方向同光軸地依次設置的耦合鏡2、激光晶體3、 I類相位匹配倍頻晶體 6、輸出腔鏡7，其特征是在所述的激光晶體3和I類相位匹配倍頻晶體6之間放置 有標準具4和石英晶體全波片5，所述的激光晶體3左端面鍍有對泵浦光的減反膜 和對基頻光的高反膜，右端面鍍有對基頻光的減反膜，所述的輸出腔鏡7左端面鍍 有對基頻光的高反膜，右端面鍍有對倍頻光的減反膜，所述的激光晶體3的左端面 和輸出腔鏡7之間構成了激光諧振腔；所述的石英晶體全波片5與I類相位匹配倍 頻晶體6構成雙折射濾波片，所述的石英晶體全波片5、 I類相位匹配倍頻晶體6 和標準具4都鍍有對基頻光的減反膜。
所述的半導體激光器l、耦合鏡2、激光晶體3、標準具4、石英晶體全波片5、 I類相位匹配倍頻晶體6、激光輸出腔鏡7依次分別安裝在激光器殼體8和置于該 激光器殼體8內(nèi)的耦合鏡支架9、激光晶體支座10、標準具支座11、全波片支座12、 倍頻晶體支座13、輸出腔鏡支座14上。
半導體激光器1采用808nm波長輸出的半導體激光器單元；耦合鏡2采用焦距 合適的聚焦透鏡，用膠固定在鋁合金制成的耦合鏡支座9上。
激光晶體3為Nd:YAG晶體，該晶體左端面鍍有對808nm泵浦光的高透介質(zhì)膜 (HT8Q8>95%)和946nrn基頻光的高反介質(zhì)膜(HR946>99.5%),同時對1064nrn和 1319nm高透(HT1()64, 1319>70% )，并作為激光諧振腔的左端；該晶體右端面鍍有對 946nm高透的介質(zhì)膜(HT946>95%)，激光晶體3用導熱膠固定在鋁合金制成的激光 晶體支架10上面。
F-P標準具4主要是由兩塊精密的平面玻璃板和板間的間隔圈組成。間隔圈由膨 脹系數(shù)很小的熔融石英材料精加工而成。標準具用膠固定在鋁合金制成的標準具支 架11上，如前文所述，其表面反射率、傾斜角度和厚度決定了選模效果，在表面反
射率和厚度決定的情況下，可用螺絲對標準具角度進行微調(diào)以使其符合最佳選模效 果。石英晶體全波片5兩表面鍍有946nm的高透膜(HT946>95%)，并用膠固定在鋁 合金制成的全波片支架12上。
I類相位匹配倍頻晶體6為三硼酸鋰(LBO)晶體，兩表面鍍有946nrn和473nm 的高透膜(HT946>95% ， HT473>95%)。倍頻晶體6對946nm激光還起著偏振片的 作用，與石英晶體全波片5結合發(fā)揮雙折射濾波片的選頻效果。該倍頻晶體6用導 熱膠固定在鋁合僉制成的倍頻晶體支架13上。
輸出腔鏡7的左端凹面鍍有946nm高反膜(HR946>99.5%)和1064nm、 1319nm、 473nm的減反膜(ARk)m. 1319< 30%，AR473<10%)，并作為激光諧振腔的右端，組成 平凹腔；右端的平面鍍473nm減反膜(AR473<10%)。輸出腔鏡7用膠固定在鋁合金 制成的輸出腔鏡支架14上。
半導體激光器1、耦合鏡支架9、激光晶體支座10、標準具支座11、全波片支 座12、倍頻晶體支座13、輸出腔鏡支座14都固定在鋁合金制成的激光器殼體8上。
該諧振腔工作過程如下-
由半導體激光器1發(fā)出泵浦光通過耦合鏡2入射激光晶體3，所激發(fā)出來的熒光 在激光晶體3左端面和輸出腔鏡7組成的諧振腔內(nèi)振蕩產(chǎn)生多縱?；l光；對基頻 光起偏振作用的I類相位匹配倍頻晶體6和石英晶體全波片5構成了雙折射濾波片， I類相位匹配倍頻晶體6、石英晶體全波片5與標準具4共同作用抑制掉該基頻光 的中心模之外的多余縱模成分，僅保留中心模，使基頻光呈單縱模形式振蕩；單縱 ?；l光經(jīng)過倍頻晶體6的非線性倍頻作用后形成單縱模倍頻光輸出。
權利要求1、低噪聲全固體藍光激光諧振腔，包括半導體激光器(1)和沿該半導體激光器(1)發(fā)出的泵浦光方向同光軸地依次設置的耦合鏡(2)、激光晶體(3)、I類相位匹配倍頻晶體(6)、輸出腔鏡(7)，其特征是在所述的激光晶體(3)和I類相位匹配倍頻晶體(6)之間放置有標準具(4)和石英晶體全波片(5)，所述的激光晶體(3)左端面鍍有對泵浦光的減反膜和對基頻光的高反射率的多層介質(zhì)膜，右端面鍍有對基頻光的減反介質(zhì)膜，所述的輸出腔鏡(7)左端面鍍有對基頻光的高反射率的介質(zhì)膜，右端面鍍有對倍頻光的減反膜，所述的激光晶體(3)的左端面和輸出腔鏡(7)之間構成了激光諧振腔；所述的石英晶體全波片(5)與I類相位匹配倍頻晶體(6)構成雙折射濾波片，所述的石英晶體全波片(5)、I類相位匹配倍頻晶體(6)和標準具(4)都鍍有對基頻光的減反膜。
2、 根據(jù)權利要求l所述的低噪聲全固體藍光激光諧振腔，其特征在于所述的半 導體激光器(1)、耦合鏡(2)、激光晶體(3)、標準具(4)、石英晶體全波片(5)、I類相位匹配倍頻晶體(6)、激光輸出腔鏡(7)依次分別安裝在激光器殼體(8) 和置于該激光器殼體(8)內(nèi)的耦合鏡支架(9)、激光晶體支座(10)、標準具支座 (11)、全波片支座(12)、倍頻晶體支座(13)、輸出腔鏡支座(14)上。
3、 根據(jù)權利要求1所述的低噪聲全固體藍光激光諧振腔，其特征在于所述的標 準具(4)的厚度d、表面反射率R及激光入射角度a滿足下列兩個關系式①F-P標準具的透射率<formula>formula see original document page 2</formula>， 入射激光增益線寬<formula>formula see original document page 2</formula>式中5 = ^*2^/0)3<9為由F-P標準具表面反射的相鄰兩光束的相位差; 義入為入射激光真空中的波長； n為F-P標準具d折射率； 6為F-P標準具內(nèi)光線的折射角。 c為真空中的光速。
專利摘要一種適用于I類相位匹配倍頻晶體腔內(nèi)倍頻的低噪聲全固體藍光激光諧振腔，包括半導體激光器和沿該半導體激光器發(fā)出的泵浦光方向同光軸地依次設置的耦合鏡、激光晶體、I類相位匹配倍頻晶體、輸出腔鏡，其特征是在所述的激光晶體和I類相位匹配倍頻晶體之間放置有標準具和石英晶體全波片。該諧振腔同時采用了標準具和雙折射濾波片兩種選頻器件，提高了輸出的穩(wěn)定性，有效降低了倍頻激光噪聲。
文檔編號H01S3/16GK201044328SQ200720069988
公開日2008年4月2日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者朱健強, 震 郭 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所