專利名稱：長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器，是一種能獲得 高功率輸出，且具備長(zhǎng)相干長(zhǎng)度的半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)激光器，屬于半導(dǎo)體激光泵浦全固態(tài) 激光器領(lǐng)域。技術(shù)背景LD泵浦的全固態(tài)激光器由于具有效率高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，頻率穩(wěn)定等特點(diǎn)，可 以用于信息存儲(chǔ)，水下通信，激光技術(shù)，彩色打印等領(lǐng)域中，但是由于腔內(nèi)倍頻激光器中的 工作物質(zhì)中存在交叉飽和以及非線性晶體中的倍頻這兩種非線性效應(yīng)的作用，使得激光器 起振的縱模數(shù)不穩(wěn)定且輸出激光線寬偏大，無法獲得高功率與長(zhǎng)相干長(zhǎng)度兼顧的激光。傳統(tǒng)的方案是采用單縱模的方法獲得高輸出功率條件下長(zhǎng)相干長(zhǎng)度的激光輸出。 常見的方案有四種第一種是雙折射濾光片法，但此種方法常應(yīng)用于中小功率的選模要求， 且雙折射濾光片的選模能力有限，不夠理想；第二種是短程吸收法，它是基于消除空間燒孔 效應(yīng)而采用的實(shí)現(xiàn)單頻的方法，但它要求增益晶體很薄，而且對(duì)于絕大多數(shù)激光晶體來說 很難實(shí)現(xiàn)；第三種是短腔法，縮短諧振腔長(zhǎng)度，增大相鄰縱模間隔以致熒光譜線有效寬度內(nèi) 只存在一個(gè)縱模，從而實(shí)現(xiàn)單縱模震蕩，但它在獲得窄線寬的同時(shí)限制了輸出功率水平；第 四種是環(huán)形腔法，使得激光在諧振腔內(nèi)單方向前進(jìn)，不會(huì)產(chǎn)生駐波腔內(nèi)的空間燒孔效應(yīng)，能 夠獲得大功率的單頻激光輸出，這也是目前世界上重要的獲得長(zhǎng)相干長(zhǎng)度的半導(dǎo)體泵浦全 固態(tài)高功率激光輸出的方案，但是此方案，諧振腔穩(wěn)定性偏低，且腔內(nèi)器件復(fù)雜，增大了激 光器整體的體積，不利于產(chǎn)業(yè)化。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器，是 一種新的包括半導(dǎo)體激光泵浦源，泵浦光學(xué)耦合系統(tǒng)，一個(gè)激光晶體，非線性倍頻晶體，全 波片和輸出耦合腔鏡在內(nèi)的激光諧振腔模式，能夠?qū)⒒l光的線寬極大的壓縮的同時(shí)，獲 得很高的倍頻效率，從而獲得長(zhǎng)相干長(zhǎng)度的半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固 態(tài)激光器，包括半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器座，泵浦光學(xué)耦合鏡組，泵浦光學(xué)耦合鏡組座， 激光晶體，激光晶體座，全波片，全波片座，非線性倍頻晶體，非線性倍頻晶體座，輸出耦合 腔鏡，輸出耦合腔鏡座，基板和外殼；其中半導(dǎo)體激光器固定于銅制的半導(dǎo)體激光器座上， 泵浦光學(xué)耦合鏡組固定于鋁制的泵浦光學(xué)耦合鏡組座中，激光晶體分別固定在激光晶體座 內(nèi)，非線性倍頻晶體固定于鋁制非線性倍頻晶體座內(nèi)，輸出耦合腔鏡固定在鋁制的輸出耦 合腔鏡座上；半導(dǎo)體激光器座，泵浦光學(xué)耦合鏡組座，激光晶體座，全波片座，非線性倍頻晶 體座和輸出耦合腔鏡座均固定在基板上，罩在外殼中；其特征在于全波片座設(shè)置在激光 晶體座和非線性倍頻晶體座之間，全波片的放置在激光晶體和非線性倍頻晶體之間；設(shè)泵 浦光與基頻光的波長(zhǎng)分別為λ ρ，λ 1，固定在銅制半導(dǎo)體激光器座上的半導(dǎo)體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光，波長(zhǎng)為λ ρ，通過固定在泵浦光學(xué)耦合鏡組座中的泵 浦光學(xué)耦合鏡組注入激光晶體，激光晶體分別置于激光晶體座中，激光晶體設(shè)有兩個(gè)通光 面，靠近半導(dǎo)體激光器的一端鍍膜為對(duì)λρ波長(zhǎng)泵浦光的增透膜系和對(duì)λ 1波長(zhǎng)基頻光的 高反膜系，另一端為對(duì)λρ波長(zhǎng)泵浦光和λ 1波長(zhǎng)基頻光的增透膜系；中心波長(zhǎng)為λ 1的全 波片置于全波片座內(nèi)，全波片雙面鍍對(duì)λ 1波長(zhǎng)基頻光的減反膜系；輸出耦合腔鏡靠近半 導(dǎo)體激光器的一端鍍膜為λ 1波長(zhǎng)基頻光的高反膜系以及倍頻光λ2的增透膜系，另一端 為λ 2波長(zhǎng)倍頻光的增透膜系，其中1/λ2 = 1/λ 1+1/λ 1 ；非線性倍頻晶體按照基頻光波 長(zhǎng)λ 1的倍頻相位匹配方向切割，使得波長(zhǎng)λ 1在非線性倍頻晶體9中共線傳播時(shí)滿足相 位匹配關(guān)系η2/λ2 = η /λ ll+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1，λ 2波長(zhǎng)的光在非線性倍 頻晶體中傳播時(shí)的折射率；激光晶體靠近泵浦源一端所鍍制的基頻光高反膜和泵浦光增透 膜作為諧振腔的一個(gè)腔鏡，并分別與輸出耦合腔鏡形成基頻光的諧振腔，基頻光在激光晶 體內(nèi)進(jìn)行增益，非線性倍頻晶體放置在激光晶體和輸出耦合腔鏡之間的兩波長(zhǎng)基頻光交疊 區(qū)內(nèi)。所述的全波片是針對(duì)激光晶體的中心波長(zhǎng)的多級(jí)全波片。本實(shí)用新型的積極效果是將原有通過單頻方案來壓縮線寬，增加激光相干長(zhǎng)度 的方法，改為用全波片的選擇性透過特性，從本質(zhì)上降低了基頻光的損耗，真正實(shí)現(xiàn)了倍頻 激光高效輸出，且具備長(zhǎng)相干長(zhǎng)度的特點(diǎn)；采用一套泵浦系統(tǒng)作用于激光晶體，用全波片增 加相干長(zhǎng)度，減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，為實(shí)現(xiàn)小型化，高效化，產(chǎn)品化的倍頻激光輸出打下 基礎(chǔ)；只要在光學(xué)部分中加入全波片，實(shí)現(xiàn)更廣波段范圍內(nèi)的倍頻激光長(zhǎng)相干長(zhǎng)度輸出。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述如圖1所示，發(fā)射與增益介質(zhì)的激光晶體5Nd: YVO4晶體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng)激 光的半導(dǎo)體激光器1，固定在銅制的半導(dǎo)體激光器座2上，泵浦光學(xué)耦合鏡組3固定在鋁制 的泵浦光學(xué)耦合鏡組座4上；激光晶體5為NchYVO4晶體，能吸收半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的 808nm波長(zhǎng)激光而發(fā)射基頻光波長(zhǎng)的熒光。激光晶體5兩個(gè)通光表面鍍膜情況如下靠近 半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm增透膜系和914nm基頻光的高反膜系，另一端為808nm和 914nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的激光晶體座6上；914nm全波片7兩個(gè)通光表面鍍 膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm以及914nm基頻光的增透膜系，另一端為 808nm，914nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的全波片座8上。非線性倍頻晶體9為I類角 度相位匹配的LBO晶體，兩個(gè)表面鍍914nm和457nm的增透膜系，固定在鋁制非線性倍頻晶 體座10上。輸出耦合腔鏡11的鍍膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為914nm基頻 光的高反膜系以及倍頻光457nm的增透膜系，另一端為457nm倍頻光的增透膜系，固定在鋁 制的輸出耦合腔鏡座12內(nèi)。半導(dǎo)體激光器座2，泵浦光學(xué)耦合鏡組座4，激光晶體座6，激 光晶體座8，非線性倍頻晶體座10和輸出耦合腔鏡座12均固定在基板13上，罩在外殼14 中。[0011]由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成914nm基頻光的諧振腔，914nm基頻光在激 光晶體5內(nèi)進(jìn)行增益，914nm全波片7進(jìn)行選模，非線性倍頻晶體9放在激光晶體5和輸出 耦合腔鏡11之間的基頻光交疊光路中。半導(dǎo)體激光器1發(fā)射與激光晶體5Nd: YVO4晶體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng)的激光，通 過泵浦光學(xué)耦合鏡組3注入激光晶體5，激光晶體5的通光表面互相平行且兩波長(zhǎng)基頻光 的諧振腔同軸。激光晶體5Nd: YVO4吸收了半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的激光后發(fā)射基頻光914nm 的熒光，該熒光在由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成的基頻諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)由激光晶 體5和7增益形成914nm波長(zhǎng)的激光；波長(zhǎng)的基頻光經(jīng)由非線性倍頻晶體9產(chǎn)生倍頻波長(zhǎng) 為457nm的激光，并經(jīng)輸出耦合腔鏡11輸出到腔外，914nm全波片7壓縮線寬，增加相干長(zhǎng) 度。如圖1所示，發(fā)射與增益介質(zhì)的激光晶體5Nd:YV04晶體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng) 激光的半導(dǎo)體激光器1，固定在銅制的半導(dǎo)體激光器座2上，泵浦光學(xué)耦合鏡組3固定在鋁 制的泵浦光學(xué)耦合鏡組座4上；激光晶體5為NchYVO4晶體，能吸收半導(dǎo)體激光器1發(fā)射 的808nm波長(zhǎng)激光而發(fā)射基頻光波長(zhǎng)的熒光。激光晶體5兩個(gè)通光表面鍍膜情況如下靠 近半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm增透膜系和1064nm基頻光的高反膜系，另一端為808nm 和1064nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的激光晶體座6上；1064nm全波片7兩個(gè)通光表 面鍍膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm以及1064nm基頻光的增透膜系，另 一端為808nm，1064nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的全波片座8上。非線性倍頻晶體9 為I類角度相位匹配的LBO晶體，兩個(gè)表面鍍1064nm和532nm的增透膜系，固定在鋁制非 線性倍頻晶體座10上。輸出耦合腔鏡11的鍍膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為 1064nm基頻光的高反膜系以及倍頻光532nm的增透膜系，另一端為532nm倍頻光的增透膜 系，固定在鋁制的輸出耦合腔鏡座12內(nèi)。半導(dǎo)體激光器座2，泵浦光學(xué)耦合鏡組座4，激光 晶體座6，激光晶體座8，非線性倍頻晶體座10和輸出耦合腔鏡座12均固定在基板13上， 罩在外殼14中。由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成1064nm基頻光的諧振腔，1064nm基頻光在 激光晶體5內(nèi)進(jìn)行增益，1064nm全波片7進(jìn)行選模，非線性倍頻晶體9放在激光晶體5和輸 出耦合腔鏡11之間的基頻光交疊光路中。半導(dǎo)體激光器1發(fā)射與激光晶體5Nd: YVO4晶體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng)的激光，通 過泵浦光學(xué)耦合鏡組3注入激光晶體5，激光晶體5的通光表面互相平行且兩波長(zhǎng)基頻光的 諧振腔同軸。激光晶體5Nd:YV04吸收了半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的激光后發(fā)射基頻光1064nm 的熒光，該熒光在由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成的基頻諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)由激光晶 體5和7增益形成1064nm波長(zhǎng)的激光；波長(zhǎng)的基頻光經(jīng)由非線性倍頻晶體9產(chǎn)生倍頻波長(zhǎng) 為532nm的激光，并經(jīng)輸出耦合腔鏡11輸出到腔外，1064nm全波片7壓縮線寬，增加相干長(zhǎng) 度。如圖1所示，發(fā)射與增益介質(zhì)的激光晶體5Nd:YVOue0體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng) 激光的半導(dǎo)體激光器1，固定在銅制的半導(dǎo)體激光器座2上，泵浦光學(xué)耦合鏡組3固定在鋁 制的泵浦光學(xué)耦合鏡組座4上；激光晶體5為NchYVO4晶體，能吸收半導(dǎo)體激光器1發(fā)射 的808nm波長(zhǎng)激光而發(fā)射基頻光波長(zhǎng)的熒光。激光晶體5兩個(gè)通光表面鍍膜情況如下靠 近半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm增透膜系和1342nm基頻光的高反膜系，另一端為808nm和1342nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的激光晶體座6上；1342nm全波片7兩個(gè)通光表 面鍍膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為808nm以及1342nm基頻光的增透膜系，另 一端為808nm，1342nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的全波片座8上。非線性倍頻晶體9 為I類角度相位匹配的LBO晶體，兩個(gè)表面鍍1342nm和671nm的增透膜系，固定在鋁制非 線性倍頻晶體座10上。輸出耦合腔鏡11的鍍膜情況如下靠近半導(dǎo)體激光器1的一端為 1342nm基頻光的高反膜系以及和頻光671nm的增透膜系，另一端為671nm和頻光的增透膜 系，固定在鋁制的輸出耦合腔鏡座12內(nèi)。半導(dǎo)體激光器座2，泵浦光學(xué)耦合鏡組座4，激光 晶體座6，激光晶體座8，非線性和頻晶體座10和輸出耦合腔鏡座12均固定在基板13上， 罩在外殼14中。由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成1342nm基頻光的諧振腔，1342nm基頻光在 激光晶體5內(nèi)進(jìn)行增益，1342nm全波片7進(jìn)行選模，非線性倍頻晶體9放在激光晶體5和輸 出耦合腔鏡11之間的基頻光交疊光路中。半導(dǎo)體激光器1發(fā)射與激光晶體5Nd: YVO4晶體吸收相對(duì)應(yīng)808nm波長(zhǎng)的激光，通 過泵浦光學(xué)耦合鏡組3注入激光晶體5，激光晶體5的通光表面互相平行且兩波長(zhǎng)基頻光的 諧振腔同軸。激光晶體5Nd:YV04吸收了半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的激光后發(fā)射基頻光1342nm 的熒光，該熒光在由激光晶體5和輸出耦合腔鏡11構(gòu)成的基頻諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)由激光晶 體5和7增益形成1342nm波長(zhǎng)的激光；波長(zhǎng)的基頻光經(jīng)由非線性倍頻晶體9產(chǎn)生和頻波長(zhǎng) 為67Inm的激光，并經(jīng)輸出耦合腔鏡11輸出到腔外，1342nm全波片7壓縮線寬，增加相干長(zhǎng) 度。
權(quán)利要求1.一種長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器，包括半導(dǎo)體激光器(1)，半導(dǎo)體 激光器座O)，泵浦光學(xué)耦合鏡組(3)，泵浦光學(xué)耦合鏡組座，激光晶體(5)，激光晶體座 (6)，全波片(7)，全波片座(8)，非線性倍頻晶體(9)，非線性倍頻晶體座(10)，輸出耦合腔 鏡(11)，輸出耦合腔鏡座(12)，基板(13)和外殼(14)；其中半導(dǎo)體激光器(1)固定于銅制 的半導(dǎo)體激光器座( 上，泵浦光學(xué)耦合鏡組(3)固定于鋁制的泵浦光學(xué)耦合鏡組座(4) 中，激光晶體(5)分別固定在激光晶體座(6)內(nèi)，非線性倍頻晶體(9)固定于鋁制非線性倍 頻晶體座(10)內(nèi)，輸出耦合腔鏡(11)固定在鋁制的輸出耦合腔鏡座(1 上；半導(dǎo)體激光 器座O)，泵浦光學(xué)耦合鏡組座，激光晶體座(6)，全波片座(8)，非線性倍頻晶體座(10) 和輸出耦合腔鏡座(1 均固定在基板(1 上，罩在外殼(14)中；其特征在于全波片座 (8)設(shè)置在激光晶體座(6)和非線性倍頻晶體座(10)之間，全波片(7)的放置在激光晶體 (5)和非線性倍頻晶體(9)之間；設(shè)泵浦光與基頻光的波長(zhǎng)分別為λ ρ，λ 1，固定在銅制半 導(dǎo)體激光器座( 上的半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)射與激光晶體( 吸收譜相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光， 波長(zhǎng)為λ p，通過固定在泵浦光學(xué)耦合鏡組座(4)中的泵浦光學(xué)耦合鏡組C3)注入激光晶體 (5)，激光晶體( 分別置于激光晶體座(6)中，激光晶體(5)設(shè)有兩個(gè)通光面，靠近半導(dǎo)體 激光器(1)的一端鍍膜為對(duì)λ ρ波長(zhǎng)泵浦光的增透膜系和對(duì)λ 1波長(zhǎng)基頻光的高反膜系， 另一端為對(duì)λ ρ波長(zhǎng)泵浦光和λ 1波長(zhǎng)基頻光的增透膜系；中心波長(zhǎng)為λ 1的全波片(7) 置于全波片座⑶內(nèi)，全波片⑵雙面鍍對(duì)λ 1波長(zhǎng)基頻光的減反膜系；輸出耦合腔鏡(11) 靠近半導(dǎo)體激光器(1)的一端鍍膜為λ 1波長(zhǎng)基頻光的高反膜系以及倍頻光λ 2的增透膜 系，另一端為λ 2波長(zhǎng)倍頻光的增透膜系，其中1/λ2= 1/λ l+1/λ 1 ；非線性倍頻晶體(9) 按照基頻光波長(zhǎng)λ 1的倍頻相位匹配方向切割，使得波長(zhǎng)λ 1在非線性倍頻晶體(9)中共 線傳播時(shí)滿足相位匹配關(guān)系η2/λ2 = η1/λ l+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1，λ 2波長(zhǎng)的 光在非線性倍頻晶體(9)中傳播時(shí)的折射率；激光晶體( 靠近泵浦源一端所鍍制的基頻 光高反膜和泵浦光增透膜作為諧振腔的一個(gè)腔鏡，并分別與輸出耦合腔鏡(11)形成基頻 光的諧振腔，基頻光在激光晶體(5)內(nèi)進(jìn)行增益，非線性倍頻晶體(9)放置在激光晶體(5) 和輸出耦合腔鏡(11)之間的兩波長(zhǎng)基頻光交疊區(qū)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器，其特征在于所 述的全波片(7)是針對(duì)激光晶體(5)的中心波長(zhǎng)的多級(jí)全波片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種長(zhǎng)相干長(zhǎng)度半導(dǎo)體泵浦高功率全固態(tài)激光器，其特征在于全波片座設(shè)置在激光晶體座和非線性倍頻晶體座之間，全波片的放置在激光晶體和非線性倍頻晶體之間；固定在銅制半導(dǎo)體激光器座上的半導(dǎo)體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光，通過固定在泵浦光學(xué)耦合鏡組座中的泵浦光學(xué)耦合鏡組注入激光晶體，激光晶體設(shè)有兩個(gè)通光面，激光晶體靠近泵浦源一端所鍍制的基頻光高反膜和泵浦光增透膜作為諧振腔的一個(gè)腔鏡，并分別與輸出耦合腔鏡形成基頻光的諧振腔，基頻光在激光晶體內(nèi)進(jìn)行增益，非線性倍頻晶體放置在激光晶體和輸出耦合腔鏡之間的兩波長(zhǎng)基頻光交疊區(qū)內(nèi)。其降低了基頻光的損耗，實(shí)現(xiàn)了倍頻激光高效輸出，減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，為實(shí)現(xiàn)小型化，高效化，產(chǎn)品化的倍頻激光輸出打下基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)更廣波段范圍內(nèi)的倍頻激光長(zhǎng)相干長(zhǎng)度輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK201829807SQ20102023724
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者姚矣, 趙洋, 鄧巖, 鄭權(quán) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司