專利名稱：微片激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光器領(lǐng)域，尤其是指整體結(jié)構(gòu)非常緊湊簡(jiǎn)單的可見光(特指綠光或藍(lán)光)的微小型半導(dǎo)體激光二極管泵浦固體激光器，這種激光器在激光指示和激光準(zhǔn)直等方面有很好的實(shí)際應(yīng)用前景。
近幾年，國(guó)際上制作小型固體激光器的構(gòu)想很多，但成功研究開發(fā)的新產(chǎn)品不多。在新研制開發(fā)的小型固體激光器中，以專利號(hào)為97191329，專利名稱為二倍頻二極管泵激固體激光器，創(chuàng)造性表現(xiàn)較為全面和突出。但是這種專利產(chǎn)品也存在以下不足之處實(shí)際生產(chǎn)裝配激光器的部件很多，很難實(shí)現(xiàn)微小型化；各部件有一定的獨(dú)立性，激光工作物質(zhì)間的調(diào)節(jié)和激光器工作物質(zhì)與半導(dǎo)體激光二極管間的調(diào)節(jié)步驟繁多，裝配整個(gè)激光器的生產(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低，整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不適合大批量生產(chǎn)，不能滿足現(xiàn)有社會(huì)對(duì)可見光固體激光器微小型化的實(shí)際要求，有較大的使用局限性。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、體積小、適合大批量生產(chǎn)且制作成本低的低功率可見光(特指綠光或藍(lán)光)激光器。
本實(shí)用新型微片激光器主要是兩部分一個(gè)由半導(dǎo)體激光二極管(1)構(gòu)成的泵浦激光源，一個(gè)兩端鍍有對(duì)特定幾個(gè)波長(zhǎng)起適當(dāng)作用的多色薄膜(2)和(4)的固體激光工作物質(zhì)(3)；此固體激光工作物質(zhì)(3)具有激光增益和激光倍頻兩種功能，在微片激光器中作為一個(gè)獨(dú)立的激光功能器件；固體激光物質(zhì)(3)和半導(dǎo)體激光器二極管(1)上至少配置一個(gè)有良好導(dǎo)熱性能的材料制成的套筒(5)。套筒(5)的作用在于防止激光器中的半導(dǎo)體激光二極管(1)和固體激光工作物質(zhì)(3)因激光電源提供工作電流維持半導(dǎo)體激光二極管(1)工作所產(chǎn)生的熱損耗以及激光在固體激光工作物質(zhì)(3)中往返振蕩所產(chǎn)生的吸收、衍射和散射等損耗引起器件溫度升高而影響激光器的激光轉(zhuǎn)換效率和工作穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型所述的固體激光工作物質(zhì)(3)是類型①一塊獨(dú)立的激光功能器件，其特征在于一種激光增益物質(zhì)(7)和一種激光倍頻物質(zhì)(13)；兩種激光物質(zhì)中間由一個(gè)有良好導(dǎo)熱性能的材料制成適當(dāng)幾何尺寸的空心的正方形或圓形墊圈(10)隔開，形成一定厚度的正方形或圓形空氣腔(9)；兩種激光物質(zhì)與此空氣腔(9)相接觸的面上鍍有對(duì)特定波長(zhǎng)起適當(dāng)作用的薄膜(8)和(12)，此空氣腔(9)的外沿采用紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(11)膠合等的方式結(jié)合成一個(gè)整體；類型②一塊獨(dú)立的激光功能器件，其特征在于一種激光增益物質(zhì)(16)和一種激光倍頻物質(zhì)(20)；兩者中間由適當(dāng)厚度的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)直接膠合成一個(gè)整體，兩種激光物質(zhì)與膠(18)的接觸面上鍍有對(duì)特定波長(zhǎng)起適當(dāng)作用的薄膜(17)和(19)。
上面兩種類型所述的激光增益物質(zhì)可以是NdYVO4；NdYAG；NdLSB或類似材料；激光倍頻物質(zhì)可以是KTP；LBO；BBO；KNbO3或類似材料。
套筒(5)的設(shè)計(jì)依據(jù)半導(dǎo)體激光二極管(1)的幾何尺寸和固體激光工作物質(zhì)(3)的幾何尺寸，以及半導(dǎo)體激光二極管(1)與固體激光工作物質(zhì)(3)實(shí)現(xiàn)激光耦合的距離。套筒(5)與半導(dǎo)體激光二極管(1)兩者間可以采用過(guò)盈配合或采用間隙配合輔以有良好導(dǎo)熱性能的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠膠合來(lái)定位，固體激光器工作物質(zhì)(3)與套筒(5)兩者間采用有良好導(dǎo)熱性能的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠膠合來(lái)定位；套筒(5)可以實(shí)現(xiàn)固體激光工作物質(zhì)(3)與半導(dǎo)體激光二極管(1)的相對(duì)空間位置關(guān)系的調(diào)節(jié)，空間位置關(guān)系的調(diào)節(jié)是指上下、左右、前后、俯仰以及順逆雙向旋轉(zhuǎn)等空間運(yùn)動(dòng)方式中的一種或多種。
本實(shí)用新型的諧振腔由固體激光工作物質(zhì)(3)兩端的多色薄膜組成；多色薄膜中的任一種單色薄膜對(duì)特定波長(zhǎng)起適當(dāng)作用，此單色薄膜可以是鍍一種材料的單層薄膜、可以是鍍兩種材料的雙層薄膜、可以是鍍兩種材料以上的幾層甚至幾十層薄膜組成；采用腔內(nèi)倍頻的平平腔結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)完善合理，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、體積小、攜帶方便，能耗低、壽命長(zhǎng)、安全可靠性好，能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)且制作成本低。
現(xiàn)結(jié)合

圖1.為本實(shí)用新型微片激光器的原理圖。
圖2.為諧振腔采用固體激光工作物質(zhì)(3)類型①的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3.為諧振腔采用固體激光工作物質(zhì)(3)類型②的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施方案1如圖2.類型①的固體激光工作物質(zhì)(3)是一塊獨(dú)立的激光功能器件，它采用NdYVO4晶體作激光增益物質(zhì)(7)，采用KTP晶體作激光倍頻物質(zhì)(13)；NdYVO4晶體和KTP晶體兩種激光物質(zhì)中間由一個(gè)有良好導(dǎo)熱性能的材料制成適當(dāng)幾何尺寸的空心的正方形或圓形墊圈(10)隔開，形成一定厚度的正方形或圓形的空氣腔(9)；兩種激光物質(zhì)與此空氣腔(9)相接觸的面上鍍有對(duì)特定波長(zhǎng)起適當(dāng)作用的薄膜(8)和(12)，此墊圈(10)的外沿采用紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(11)膠合等的方式結(jié)合成一個(gè)整體；KTP晶體采用第二類倍頻方式同NdYVO4晶體實(shí)現(xiàn)相位匹配，KTP晶體的光軸和NdYVO4晶體的光軸在通光面上投影的夾角在40°至50°范圍內(nèi)。
上述的空心的正方形或圓形墊圈(10)應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性能和適當(dāng)?shù)膹椥?；上述的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(11)應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性能、適當(dāng)?shù)哪蜔嵝院驼辰Y(jié)強(qiáng)度。
NdYVO4晶體和KTP晶體的幾何尺寸設(shè)計(jì)通光面尺寸設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)激光器微小型，通光面尺寸不大于3.0×3.0mm2；通光長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)激光器輸出TEM00模式激光，例如NdYVO4晶體通光長(zhǎng)度尺寸不大于1.5mm，KTP晶體通光長(zhǎng)度尺寸不大于7.0mm。
墊圈(10)的幾何尺寸設(shè)計(jì)墊圈(10)通光面的空心面積為固體激光工作物質(zhì)(3)通光面的面積的50％至80％范圍內(nèi)；墊圈(10)的厚度即空氣腔(9)的通光長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)的激光起適當(dāng)選模的作用，例如空氣腔(9)的通光長(zhǎng)度尺寸不大于3.0mm。
在NdYVO4晶體的泵浦光輸入端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm高反射、波長(zhǎng)808nm增透和波長(zhǎng)532nm高反射的三色膜(6)；在NdYVO4晶體的激光輸出端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm增透的單色膜(8)；在KTP晶體的激光輸入端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm增透的單色膜(12)；在KTP晶體的激光輸出端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm高反射和波長(zhǎng)532nm增透的雙色膜(14)。
具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型，當(dāng)激光工作電源產(chǎn)生的工作電流激發(fā)半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生波長(zhǎng)808nm泵浦光，泵浦光透過(guò)前述的三色膜(6)入射NdYVO4晶體，NdYVO4晶體的增益作用將波長(zhǎng)808nm泵浦光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)1064nm激光；波長(zhǎng)1064nm激光依次透過(guò)單色膜(8)、空氣腔(9)和單色膜(12)，并入射KTP晶體，KTP晶體的倍頻作用將波長(zhǎng)1064nm激光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)532nm綠光；波長(zhǎng)532nm綠光透過(guò)雙色膜(14)輸出。其中，在KTP晶體中未轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)532nm綠光的波長(zhǎng)1064nm激光，被雙色膜(14)反射回KTP晶體，KTP晶體的倍頻作用將波長(zhǎng)1064nm激光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)532nm綠光；波長(zhǎng)532nm綠光依次透過(guò)單色膜(12)、空氣腔(9)、單色膜(8)和NdYVO4晶體，經(jīng)三色膜(6)反射，依次透過(guò)NdYVO4晶體、單色膜(15)、空氣腔(9)、單色膜(12)和KTP晶體，再透過(guò)雙色膜(14)輸出。由于波長(zhǎng)1064nm激光在諧振腔中的反射振蕩、重復(fù)利用，增強(qiáng)波長(zhǎng)532nm綠光的輸出，從而提高激光器的轉(zhuǎn)換效率。
實(shí)施方案2圖3采用類型②的固體激光工作物質(zhì)(3)是一塊獨(dú)立的激光功能器件，它采用NdYVO4晶體作激光增益物質(zhì)(16)，采用KTP晶體作激光倍頻物質(zhì)(20)，兩種激光物質(zhì)中間采用紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)膠合等方式結(jié)合成一個(gè)整體；KTP晶體采用第二類倍頻方式同NdYVO4晶體實(shí)現(xiàn)相位匹配，KTP晶體的光軸和NdYVO4晶體的光軸在通光面上投影的夾角在40°至50°范圍內(nèi)。
上述的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)具有對(duì)1064nm、808nm和532nm三個(gè)波長(zhǎng)單色光的高透過(guò)率和低吸收率，具有良好的導(dǎo)熱性能，還應(yīng)具有適當(dāng)?shù)哪蜔嵝院驼辰Y(jié)強(qiáng)度。
NdYVO4晶體和KTP晶體的幾何尺寸設(shè)計(jì)通光面尺寸設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)激光器微小型，通光面尺寸都不大于3.0×3.0mm2；通光長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)激光器輸出TEM00模式激光，例如NdYVO4晶體通光長(zhǎng)度尺寸不大于1.5mm，KTP晶體通光長(zhǎng)度尺寸不大于7.0mm。
在NdYVO4晶體的泵浦光輸入端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm高反射、波長(zhǎng)808nm增透和波長(zhǎng)532nm高反射的三色膜(15)，在NdYVO4晶體的激光輸出端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm增透的單色膜(17)；在KTP晶體的激光輸入端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm增透的單色膜(19)，在KTP晶體的激光輸出端鍍對(duì)波長(zhǎng)1064nm高反射和波長(zhǎng)532nm增透的雙色膜(21)。
具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型，當(dāng)激光工作電源產(chǎn)生的工作電流激發(fā)半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生波長(zhǎng)808nm泵浦光，泵浦光透過(guò)前述的三色膜(15)入射NdYVO4晶體，NdYVO4晶體的增益作用將波長(zhǎng)808nm泵浦光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)1064nm激光；波長(zhǎng)1064nm激光依次透過(guò)單色膜(17)、紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)和單色膜(19)，并入射KTP晶體，KTP晶體的倍頻作用將波長(zhǎng)1064nm激光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)532nm綠光；波長(zhǎng)532nm綠光透過(guò)雙色膜(21)輸出。其中，在KTP晶體中未轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)532nm綠光的波長(zhǎng)1064nm激光，被雙色膜(21)反射回KTP晶體，KTP晶體的倍頻作用將波長(zhǎng)1064nm激光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)532nm綠光；波長(zhǎng)532nm綠光依次透過(guò)單色膜(19)、紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)、單色膜(17)和NdYVO4晶體，經(jīng)三色膜(15)反射，再依次透過(guò)NdYVO4晶體、單色膜(17)、紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)、單色膜(19)和KTP晶體，再透過(guò)雙色膜(21)輸出。由于波長(zhǎng)1064nm激光在諧振腔中反射振蕩、重復(fù)利用，增強(qiáng)波長(zhǎng)532nm綠光的輸出，從而提高激光器的轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1.微片激光器，包括半導(dǎo)體激光二極管(1)、固體激光工作物質(zhì)(3)以及配合二者的套筒(5)，套筒(5)與半導(dǎo)體激光二極管及固體激光工作物質(zhì)(3)之間采用導(dǎo)熱膠膠合定位，其特征在于a.固體激光工作物質(zhì)(3)兩端鍍有多色膜(2)和(4)；b.固體激光工作物質(zhì)(3)是一個(gè)具有激光增益和激光倍頻兩種功能的獨(dú)立的激光功能器件；固體激光工作物質(zhì)(3)可以包括兩種激光物質(zhì)激光增益物質(zhì)(7)和激光倍頻物質(zhì)(13)，兩種激光物質(zhì)中間由一個(gè)有適當(dāng)幾何尺寸的空心的正方形或圓形墊圈(10)隔開，此墊圈(10)中心形成一定厚度的正方形或圓形空氣腔(9)，兩種激光物質(zhì)與此空氣腔(9)的接觸面上鍍有薄膜(8)和(12)，此墊圈(10)的外沿采用紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(11)定位在兩種激光物質(zhì)中間，此膠(11)將以上物質(zhì)膠合成一個(gè)整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征還在于所述的固體激光工作物質(zhì)(3)可以包括兩種激光物質(zhì)激光增益物質(zhì)(16)和激光倍頻物質(zhì)(20)，兩者中間由適當(dāng)厚度的紫外光敏膠和(或)環(huán)氧膠(18)直接膠合成一個(gè)整體，兩種激光物質(zhì)與膠(18)的接觸面上鍍有適當(dāng)?shù)谋∧?17)和(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的固體激光工作物質(zhì)(3)的通光面尺寸不大于3.0×3.0mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的空氣腔(9)的通光長(zhǎng)度尺寸不大于3.0mm；空氣腔(9)通光面的面積為固體激光工作物質(zhì)(3)通光面的面積的50％至80％范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)求要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的激光增益物質(zhì)(7)通光長(zhǎng)度尺寸不大于1.5mm；所述的激光倍頻物質(zhì)(13)通光長(zhǎng)度尺寸不大于7.0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微片激光器，其特征在于所述的激光增益物質(zhì)(16)的通光長(zhǎng)度尺寸不大于1.5mm；所述的激光倍頻物質(zhì)(20)的通光長(zhǎng)度尺寸不大于7.0mm。
專利摘要本實(shí)用新型是一種腔內(nèi)倍頻固體激光器。它包括:一個(gè)由半導(dǎo)體激光二極管(1)構(gòu)成的激光源以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋闷止?一個(gè)兩端鍍有對(duì)特定波長(zhǎng)起適當(dāng)作用的多色膜(2)和(4)的固體激光工作物質(zhì)(3)。此固體激光工作物質(zhì)(3)是一個(gè)具有激光增益和激光倍頻功能的器件。在固定激光工作物質(zhì)(3)和半導(dǎo)體激光二極管(1)上至少配置一個(gè)有良好導(dǎo)熱性能的套筒(5)。其特點(diǎn)為:固體激光工作物質(zhì)(3)的幾何尺寸非常小;激光器非常小,且結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單,適合大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/16GK2399865SQ9925126
公開日2000年10月4日 申請(qǐng)日期1999年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者劉賢平, 張哨峰, 陳衛(wèi)民, 林斌 申請(qǐng)人:福建華科光電有限公司