具有自對(duì)準(zhǔn)泵浦光學(xué)器件和增強(qiáng)的增益的光學(xué)泵浦固態(tài)激光器設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括激光諧振器中的一個(gè)或若干固態(tài)激光介質(zhì)和光學(xué)泵浦固態(tài)激光介質(zhì)的一個(gè)或若干泵浦激光二極管的光學(xué)泵浦固態(tài)激光器設(shè)備，所述激光諧振器由布置在所述固態(tài)激光介質(zhì)的第一側(cè)的一個(gè)或若干第一諧振器鏡和布置在所述固態(tài)激光介質(zhì)的相對(duì)第二側(cè)的一個(gè)或若干第二諧振器鏡形成，所述第一和第二諧振器鏡被布置成將所述激光諧振器的激光輻射在至少兩個(gè)不同的直路徑上引導(dǎo)通過(guò)每一個(gè)所述激光介質(zhì)。用于這種光學(xué)泵浦固態(tài)激光器設(shè)備的示例是光學(xué)泵浦垂直延伸腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)或半導(dǎo)體盤形激光器(SDL)，其提供用于具有高亮度、窄帶寬和短激光脈沖的介質(zhì)激光器功率(medium laser powers)的緊湊且低成本的解決方案。這樣的激光器設(shè)備可以用于要求比激光二極管可以供給的更高的亮度和/或更短的脈沖的眾多應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]標(biāo)準(zhǔn)盤形激光器需要泵浦激光器和泵浦激光器光學(xué)器件關(guān)于激光諧振器的光學(xué)模式的精確對(duì)準(zhǔn)。該對(duì)準(zhǔn)在激光器設(shè)備的制造期間是困難的。此外，這樣的激光器通常在低亮度泵浦輻射的功率方面受到限制，所述低亮度泵浦輻射可以聚焦在激光介質(zhì)的給定有源區(qū)域中，這導(dǎo)致激光器設(shè)備的低增益。同樣地，激光介質(zhì)中的最大耗散功率密度通常受到冷卻方法的限制，特別地受在其上安裝激光介質(zhì)的熱沉的限制。
[0003]US 5，553，088 A公開了一種包括激光諧振器中的一個(gè)或若干盤形固態(tài)激光介質(zhì)的固態(tài)激光器設(shè)備。至少一個(gè)實(shí)施例中的激光諧振器由從固態(tài)激光介質(zhì)的第一端面形成的第一諧振器鏡和布置在固態(tài)激光介質(zhì)的相對(duì)第二側(cè)的若干第二諧振器鏡形成。諧振器鏡被布置成將激光諧振器的激光輻射在兩個(gè)不同路徑上引導(dǎo)通過(guò)激光介質(zhì)。通過(guò)布置在與固態(tài)激光介質(zhì)相同的載體元件處的若干激光二極管從側(cè)面泵浦激光介質(zhì)。由于激光輻射在不同路徑上傳播通過(guò)激光介質(zhì)，因此所提出的設(shè)備允許激光介質(zhì)的增強(qiáng)的增益。這還允許所生成的熱量的更好分布并且導(dǎo)致改進(jìn)的冷卻。該文獻(xiàn)未提出用于在通過(guò)激光輻射穿過(guò)的激光介質(zhì)的一個(gè)端面進(jìn)行光學(xué)泵浦的情形中泵浦光學(xué)器件的更容易對(duì)準(zhǔn)的任何解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種具有一個(gè)或若干固態(tài)激光介質(zhì)的光學(xué)端泵浦固態(tài)激光器設(shè)備，其使得能夠容易地對(duì)準(zhǔn)泵浦光學(xué)器件并且可以以緊湊的方式實(shí)現(xiàn)。
[0005]利用根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)端泵浦固態(tài)激光器設(shè)備實(shí)現(xiàn)該目的。設(shè)備的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題或者可以從說(shuō)明書的后續(xù)部分和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行推斷。
[0006]所提出的光學(xué)端泵浦固態(tài)激光器設(shè)備包括激光諧振器中的一個(gè)或若干優(yōu)選地盤形或板形固態(tài)激光介質(zhì)。激光諧振器由布置在固態(tài)激光介質(zhì)的第一側(cè)的一個(gè)或若干第一諧振器鏡和布置在固態(tài)激光介質(zhì)的與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的一個(gè)或若干第二諧振器鏡形成。第一和第二諧振器鏡被布置成將激光器設(shè)備的激光輻射在至少兩個(gè)不同的直路徑上引導(dǎo)通過(guò)每一個(gè)所述激光介質(zhì)。激光器可以被設(shè)計(jì)為例如VECSEL，其中每一個(gè)激光介質(zhì)由形成第一諧振器鏡之一的DBR (分布式布拉格反射器)上的量子講結(jié)構(gòu)形成。然而，還可以實(shí)現(xiàn)其它類型的激光器，例如其中固態(tài)激光介質(zhì)為激光晶體的固態(tài)激光器。一個(gè)或若干激光器泵浦激光二極管和泵浦輻射反射鏡被布置成通過(guò)在所述泵浦輻射反射鏡處的泵浦激光二極管的泵浦輻射的反射來(lái)光學(xué)泵浦固態(tài)激光介質(zhì)。泵浦輻射反射鏡連同第二諧振器鏡一起位于第二側(cè)上并且被布置和設(shè)計(jì)成將泵浦輻射直接反射到第二側(cè)上的固態(tài)激光介質(zhì)的端面。泵浦反射鏡和第二諧振器鏡一體地形成在固態(tài)激光介質(zhì)的第二側(cè)上的單個(gè)鏡元件中。第一諧振器鏡或諧振器鏡可以由第一側(cè)上的激光介質(zhì)的端面形成。為此目的，晶狀激光介質(zhì)的端面可以被適當(dāng)?shù)赝糠笠詫?shí)現(xiàn)激光輻射在這些端面處的高反射。在VECSEL或半導(dǎo)體盤形激光器的情形中，第一諧振器鏡由在其上布置激光介質(zhì)(有源介質(zhì))的(多個(gè))DBR形成。然而，還可能提供以分離的鏡元件的形式的(多個(gè))第一諧振器鏡。
[0007]本發(fā)明的固態(tài)激光器設(shè)備使用適當(dāng)設(shè)計(jì)的鏡元件，其將泵浦光定向到固態(tài)激光介質(zhì)中并且同時(shí)形成激光諧振器的第二諧振器鏡。形成在該鏡元件中的泵浦輻射鏡被設(shè)計(jì)成泵浦覆蓋在不同路徑上通過(guò)這些激光介質(zhì)的激光輻射的模式的激光介質(zhì)的區(qū)域。因此，泵浦射束和激光模式總是重疊而沒(méi)有復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)樾纬杀闷止鈱W(xué)器件的鏡元件的部分總是處于與形成第二諧振器鏡的鏡元件的部分的固定空間關(guān)系中。利用這樣的自定心鏡元件，泵浦光學(xué)器件的對(duì)準(zhǔn)大幅簡(jiǎn)化。所提出的設(shè)計(jì)允許泵浦激光二極管接近激光介質(zhì)的布置，從而導(dǎo)致固態(tài)激光器設(shè)備的非常緊湊的設(shè)計(jì)。由于激光輻射通過(guò)固態(tài)激光介質(zhì)的不同路徑，可以沉積更高量的泵浦能量，從而導(dǎo)致激光器設(shè)備相比于其中激光輻射總是在相同路徑上傳播通過(guò)激光介質(zhì)的類似激光器而言增強(qiáng)的增益。不同路徑還允許更好的熱量分布以及因而固態(tài)激光器設(shè)備的更好冷卻。冷卻優(yōu)選地通過(guò)具有平面表面的冷卻體來(lái)實(shí)現(xiàn)，激光介質(zhì)彼此鄰近地安裝到所述平面表面上。泵浦激光二極管也可以與固態(tài)激光介質(zhì)鄰近地和/或在其之間安裝于該冷卻體上。泵浦激光二極管然后朝向鏡元件發(fā)射基本上垂直于固態(tài)激光介質(zhì)的端面的泵浦輻射。冷卻體可以是塊狀材料、特別是金屬的熱沉，并且還可以具有用于空氣冷卻的冷卻散熱片。還可能將該冷卻體實(shí)現(xiàn)為用于例如水的冷卻液的腔室，所述冷卻液在激光器設(shè)備的操作期間被泵浦通過(guò)冷卻體。
[0008]泵浦激光二極管可以是單個(gè)二極管或激光二極管的陣列，例如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列或微芯片VECSEL陣列。鏡元件的主體優(yōu)選地由光學(xué)透明材料形成，例如經(jīng)涂敷的玻璃或經(jīng)涂敷的塑料。用于鏡的涂層可以由金屬化涂層或電介質(zhì)涂層形成，如本領(lǐng)域中已知的那樣。
[0009]所提出的激光器設(shè)備可以包括彼此鄰近地安裝在適當(dāng)?shù)妮d體元件、特別是冷卻體上的至少兩個(gè)固態(tài)激光介質(zhì)。這些激光介質(zhì)中的每一個(gè)優(yōu)選地被載體元件上的若干泵浦激光二極管圍繞。鏡元件然后可以包括用于每一個(gè)所述激光介質(zhì)的一個(gè)泵浦輻射反射鏡，所述泵浦輻射反射鏡優(yōu)選地關(guān)于對(duì)應(yīng)激光介質(zhì)定心。在鏡元件上，這些泵浦輻射反射鏡布置在第二諧振器鏡之間，將來(lái)自激光介質(zhì)之一的激光輻射反射到鄰近的激光介質(zhì)。這導(dǎo)致通過(guò)激光器設(shè)備的第一和第二諧振器鏡之間的激光輻射的曲折路徑并且導(dǎo)致通過(guò)激光介質(zhì)的不同直路徑。泵浦激光二極管和泵浦輻射反射鏡被布置和設(shè)計(jì)成使得這些路徑中的每一個(gè)被充分地光學(xué)泵浦以實(shí)現(xiàn)所要求的增益。鏡元件的兩個(gè)外部諧振器鏡中的一個(gè)被設(shè)計(jì)成形成激光諧振器的出親合鏡。這意味著該鏡允許激光福射的小部分通過(guò)該鏡到激光諧振器的外部的通路。
[0010]在另外的實(shí)施例中，所提出的固態(tài)激光器設(shè)備包括布置在適當(dāng)?shù)妮d體元件上的一個(gè)單個(gè)固態(tài)激光介質(zhì)。同樣地在該實(shí)施例中，固態(tài)激光介質(zhì)優(yōu)選地被所述載體元件上的若干泵浦激光二極管圍繞。在該實(shí)施例中，鏡元件可以包括形成第二諧振器鏡的中心區(qū)以及被設(shè)計(jì)成將泵浦輻射反射到固態(tài)激光介質(zhì)并形成(多個(gè))泵浦輻射反射鏡的外部區(qū)。取決于第二諧振器鏡的數(shù)目，激光輻射可以在大幅多于兩個(gè)的不同路徑上被引導(dǎo)通過(guò)激光介質(zhì)，從而導(dǎo)致通過(guò)激光器設(shè)備的第一和第二諧振器鏡之間的激光輻射的曲折路徑，如在之前的實(shí)施例中那樣。鏡元件的外部區(qū)然后被設(shè)計(jì)成在覆蓋通過(guò)該激光介質(zhì)的激光輻射的所有不同路徑的模式的固態(tài)激光介質(zhì)的面向(facing)端面處生成泵浦輻射的強(qiáng)度分布。同樣地在該實(shí)施例中，第二諧振器鏡之一被設(shè)計(jì)成形成激光諧振器的出耦合鏡。
[0011]本發(fā)明的這些和其它方面將從以下描述的實(shí)施例顯而易見(jiàn)并且將參照所述實(shí)施例進(jìn)行闡述。
【附圖說(shuō)明】
[0012]在下文中通過(guò)示例的方式結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述所提出的固態(tài)激光器設(shè)備。各圖示出:
圖1所提出的激光器設(shè)備的第一示例的橫截面?zhèn)纫晥D；
圖2圖1的激光器設(shè)備的固態(tài)激光介質(zhì)上的頂視圖；
圖3圖1的激光器設(shè)備的鏡元件上的頂視圖；
圖4所提出的固態(tài)激光器設(shè)備的第二示例上的橫截面?zhèn)纫晥D；
圖5圖4的激光器設(shè)備的固態(tài)激光介質(zhì)上的頂視圖；
圖6圖4的激光器設(shè)備的鏡元件上的頂視圖；
圖7沿著圖6中所指示的環(huán)形路徑A的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1示出所提出的固態(tài)激光器設(shè)備的第一示例的橫截面?zhèn)纫晥D。激光器設(shè)備包括并排安裝在熱沉400的平面表面上的三個(gè)板形固態(tài)激光介質(zhì)100。這些激光介質(zhì)100中的每一個(gè)可以由VCSEL的有源區(qū)域形成并且被若干泵浦激光二極管200圍繞，如可以從圖2中所示的到激光介質(zhì)和熱沉上的頂視圖所識(shí)別出的那樣。該示例中的激光諧振器由布置在激光介質(zhì)的兩側(cè)上的七個(gè)諧振器鏡形成。第一諧振器鏡由提供激光介質(zhì)100的VCSEL的DBR形成。端鏡320、出耦合鏡330和兩個(gè)折疊鏡310布置在激光介質(zhì)100的相對(duì)第二側(cè)上。利用諧振器鏡的所示布置，激光輻射500在曲折路