專利名稱：非線性晶體封裝的方法及其在二極管泵浦固態(tài)激光器中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于準(zhǔn)相位匹配(QPM)技術(shù)封裝光學(xué)非線性晶體的方法，其可以用來產(chǎn)生波長范圍從UV至中頂?shù)墓狻?br> 背景技術(shù)：
在開發(fā)基于QPM光學(xué)非線性晶體的二次諧波(second harmonic :SHG)激光器的過程中，QPM晶體的優(yōu)化封裝是必要的。通常，二極管泵浦固態(tài)(DPSS) SHG激光器由泵浦激光二極管(例如，激射波長為808nm的半導(dǎo)體激光二極管)、激光晶體(例如，摻Nd的YVO4)、 QPM晶體(例如，摻氧化鎂的周期性極化鈮酸鋰或MgO:PPLN)以及光纖輸出耦合鏡形成。激光晶體和QPM晶體的晶面上都適當(dāng)?shù)赝扛灿懈叻瓷?HR)或防反射(AR，增透)膜，這樣可以將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔外。QPM晶體作為二次諧波發(fā)生器，在該發(fā)生器中，周期性疇反轉(zhuǎn)光柵沿著光柵方向上形成，以滿足QPM條件。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管來泵浦激光晶體(即，摻Nd的YVO4)，在激光諧振腔內(nèi)生成波長為λ (BP,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇QPM晶體的周期從而使得非線性晶體的QPM波長與基頻光波長匹配，則可以有效地產(chǎn)生波長為λΛα卩，532nm)的二次諧波光。疇反轉(zhuǎn)光柵Λ的周期由QPM的條件(即，2(η2ω-ηω) = λ / Λ，其中，η2ω和ηω分別為SH光和基頻光處的折射率)決定。為了獲得有效的波長轉(zhuǎn)換，減小激光器的尺寸并降低激光器的封裝成本，通常采用粘接結(jié)構(gòu)(bonded structure)，其中，激光晶體2 (例如，摻Nd的YVO4)和非線性晶體 3(例如，MgOiPPLN)粘接在一起，如圖1所示。為了將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，降低泵功率的耦合損耗并從諧振腔有效地耦合SH光，激光晶體2涂覆有膜1，該膜1在基頻光和SH 光的波長(例如，1064nm和532nm處具有HR，而在泵浦光的波長(例如，808歷)處具有AR， 同時非線性晶體3涂覆有膜4，該膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR，而在SH光(例如，532nm)處具有AR。事實(shí)上，使用粘接非線性晶體的上述技術(shù)是眾所周知的，并且已經(jīng)在許多文獻(xiàn)中進(jìn)行了披露，諸如，Mooradian等人，美國專利第4,953, 166號，Microchip laser, 1989 年 2 月 9 日；J. J. Zayhowski 等人，“Diode-pumped passively Q-switched picosecond microchip”，光學(xué)快報，第 19 卷，第 1427 頁(1994) ；R. Fluck 等人，“Passively Q-switch 1.34—micron NdYVO4 microchip laser with semiconductor saturable—absorber mirrors",光學(xué)快報，第22卷，第991頁(1997)；美國專利第5，295，146號，1994年3月 15 日，Gavrilovic 等人，Solid state gain mediums for optically pumed monolithic laser ；美國專利第 5，574，740 號，1994 年 8 月 23 日，Hargis 等人，De印 blue microlaser ； 美國專利第 5，802，086 號，1998 年 9 月 1 日，Hargis 等人，High-efficiency cavity doubling laser ；美國專利第 7，149，231 號，2006 年 12 月 12 日，Afzal 等人，Monolithic, side-pumped, passively Q-switched solid-state laser ；美國專利第 7，260，133 號，2007年 8 月 21 日，Lei 等人，Diode-pumped laser ；美國專利第 7，535，937 號，2009 年 5 月 19 El，Luo 等人，Monolithic microchip laser with intra-cavity bean combining and sum frequency or difference frequency mixing ；美國專利第 7，535，938 號，2009 年 5 月 19 El，Luo ^Α Low-noise monolithic microchip lasers capable of producing wavelengths ranging from IR to UV based on efficient and cost-effective frequency conversion ；美國專利第 7，570，676 號，2009 年 8 月 4 日，Essaian 等人， Compact efficient and robust ultraviolet solid-state laser sources based on nonlinear frequency conversion in periodically poled materials ；USPC 類372 10，IPC8 類AH01S311FI，Essaian 等人；R. F. Wu 等人，“High-power diffusion-bonded walk-off-compensated KTP 0P0”，Proc. SPIE,第 4595 卷，115Q001) ；Y. J. Ma 等人， "Single-longitudinal mode NdYVO4 microchip laser with orthogonal-polarization bidirectional traveling-waves mode”，2008 年 11 月 10 日，第 16 卷，23 號，光學(xué)快報 18702 ;C. S. Jung 等人，"A Compact Diode-Pumped Microchip Green Light Source with a Built-in Thermoelectric Element”，應(yīng)用物理快報 1 (2008)062005?？梢酝ㄟ^使用粘性環(huán)氧樹脂或直接粘接技術(shù)來實(shí)現(xiàn)粘接。由于環(huán)氧樹脂在高的光功率下會被損壞，所以，盡管粘性環(huán)氧樹脂粘接的處理比直接粘接容易，但對于高功率SHG 激光器，必須使用直接粘接或光學(xué)粘接技術(shù)。粘接的非線性晶體可以是傳統(tǒng)的非線性晶體(諸如KTP)或周期性極化晶體(諸如PPLN)。采用粘接的非線性晶體的激光器可以基于二次諧波發(fā)生(SHG)或和頻發(fā)生(Sre) 或差頻發(fā)生(Dre)。由于KTP的非線性系數(shù)比PPLN低得多，所以從激光效率上考慮，在SHG 激光器中優(yōu)選使用PPLN作為非線性晶體。然而，采用非線性晶體的粘接結(jié)構(gòu)存在幾個問題，這些問題對于PPLN晶體尤其嚴(yán)重。首先，由于非線性晶體和激光晶體的導(dǎo)熱率低，因此激光性能因熱效應(yīng)而降低。這對于高功率SHG激光器(例如，> IOOmW)尤其嚴(yán)重。其次，與KTP不同，具有周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的非線性晶體(例如，Mg0:PPLN)通常具有薄的厚度(通常為0.5mm)。結(jié)果，由于粘接表面的有限橫截面，所以很難直接與激光晶體粘接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一些方法來克服在包括具有粘接結(jié)構(gòu)的非線性晶體的 DPSS激光器中所涉及的問題。在這些方法中，引入了具有高導(dǎo)熱率的基板以去除激光晶體和非線性晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量，并增大激光晶體和非線性晶體的粘接表面的橫截面。按照本發(fā)明的一個方面，如圖2所示，將激光晶體2和非線性晶體3首先分別與基板5、6粘接，然后再粘接在一起?；?、6具有高的導(dǎo)熱率并具有相同的厚度。激光晶體 2與基板1之間以及非線性晶體3與基板2之間的粘接7、8可以為直接粘接或環(huán)氧樹脂粘接，而激光晶體2與非線性晶體3之間的粘接為直接粘接，這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂不因該存在于光路中，這對于高功率DPSS激光器尤其重要。適當(dāng)?shù)剡x擇基板的厚度，從而使得橫截面足夠大以便于進(jìn)行粘接。激光晶體和非線性晶體的晶面上適當(dāng)?shù)赝扛灿懈叻瓷?HR)或增透 (AR)膜1、4，從而將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔外。 在綠色DPSS激光器的情況下，膜1在基頻光和SH光的波長(例如，1064nm和532nm)處具
5有HR但在泵浦光的波長(例如，808nm)處具有AR，而膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR，在SH光(例如，532nm)處具有AR。二次諧波發(fā)生僅發(fā)生在滿足相位匹配條件的非線性晶體3中。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管泵浦激光晶體(即，摻Nd的 YVO4),在激光諧振腔內(nèi)生成波長為λ (gp,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇非線性晶體使得滿足相位匹配條件，則可以有效地生成波長為λ/2(即，532nm)的二次諧波光。


結(jié)合附圖，根據(jù)以下的詳細(xì)描述，將能夠更充分地理解本發(fā)明。在附圖中圖1為用于DPSS SHG激光器的粘接非線性晶體與激光晶體的現(xiàn)有技術(shù)的示意圖。圖2為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的方法的概念的示意圖。圖3為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的第一優(yōu)選實(shí)施方式中描述的方法的概念的示意圖。圖4為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的第二優(yōu)選實(shí)施方式中描述的方法的概念的示意圖。圖5為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的第三優(yōu)選實(shí)施方式中描述的方法的概念的示意圖。圖6為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的第四優(yōu)選實(shí)施方式中描述的方法的概念的示意圖。圖7為用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)粘接結(jié)構(gòu)的第五優(yōu)選實(shí)施方式中描述的方法的概念的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過以下所描述的方法解決了上述問題。在第一優(yōu)選實(shí)施方式中，用于DPSS激光器的粘接結(jié)構(gòu)如圖3所示。激光晶體2 (例如，NdiYVO4)與非線性晶體3(例如，MgOiPPLN)首先分別與基板(硅基板)5、6粘接。在此，激光晶體和非線性晶體可采用典型的厚度(例如，0. 5mm)，而適當(dāng)?shù)剡x擇Si基板的厚度 (例如，0. 5mm 2. 5mm)，使得橫截面的面積足夠大以便進(jìn)行隨后的晶面粘接?？梢允褂么蟮木叽鐏磉M(jìn)行激光晶體2和Si基板5之間的粘接以及非線性晶體3與Si基板6之間的粘接，從而降低整個制造成本。Si基板5、6具有高的導(dǎo)熱率和相同的厚度。盡管高成本的直接粘接也是可以接受的，但激光晶體2與Si基板5之間以及非線性晶體3與Si基板6 之間的粘接7、8可以是環(huán)氧樹脂粘接。在切割和拋光晶面之后，激光晶體2和非線性晶體 3然后直接粘接在一起而無需環(huán)氧樹脂。同時，激光晶體與非線性晶體下方的Si基板也直接粘接而無需環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂不應(yīng)該存在于光路中，這對于高功率DPSS激光器尤其重要。激光晶體與非線性晶體的外晶面平行并適當(dāng)涂覆有高反射(HR)或增透(AR)膜1、4， 從而將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔外。在綠色DPSS 激光器的情況下，膜1在基頻光和SH光的波長(例如，1064nm和532nm)處具有HR，但在泵浦光的波長(例如，808nm)處具有AR，而膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR，在SH光 (例如，532nm)處具有AR。翻轉(zhuǎn)粘接的晶體使得激光晶體和非線性晶體直接與熱沉或金屬底座接觸，以去除晶體中產(chǎn)生的熱量。二次諧波發(fā)生僅發(fā)生在滿足QPM條件的非線性晶體3 中。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管泵浦激光晶體(例如，摻有Nd的YVO4)， 在激光諧振腔內(nèi)生成了波長為λ (gp,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)選擇非線性晶體使得滿足相位匹配條件，則可有效地生成波長為λ/2(即，532nm)的二次諧波光?；谝陨厦枋觯菀桌斫獾氖?，由于Si基板和金屬底座的高的導(dǎo)熱率，可以容易地去除激光晶體和非線性晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量。另外，由于直接粘接晶面的總橫截面明顯增大(從0. 5mm增大至Imm以上)，所以可以解決先前粘接處理中晶面的直接粘接中所涉及的問題。此外，考慮到DPSS激光器中的光束直徑通常僅為50 μ m的事實(shí)，可將激光晶體和非線性晶體的厚度減小至100 200 μ m,以進(jìn)一步提高去除晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量的效率。本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式中，用于DPSS激光器的粘接結(jié)構(gòu)如圖4所示。激光晶體(例如，NdiYVO4) 2和非線性晶體(例如，MgOiPPLN) 3首先分別與基板(Si基板)5、6粘接。這里，激光晶體和非線性晶體可以使用典型的厚度(例如，0.5mm)。激光晶體與非線性晶體的厚度可減小至100 200 μ m。然后，將激光晶體與非線性晶體分別與另外的Si基板 11、12粘接。適當(dāng)?shù)剡x擇Si基板的厚度(例如，0.5mm 2. 5mm)，使橫截面足夠大以便于隨后進(jìn)行晶面粘接。可使用大的晶片尺寸來進(jìn)行激光晶體2與Si基板5、11之間的粘接以及非線性晶體3與Si基板6、12之間的粘接，從而降低整個制造成本。Si基板5、6、11、12 具有高的導(dǎo)熱率，基板5、6具有相同的厚度，基板11、12也具有相同的厚度。盡管較高成本的直接粘接也是可接受的，但激光晶體2與Si基板5、11之間以及非線性晶體3與Si基板 6、12之間的粘接7、8、9、10可以是環(huán)氧樹脂粘接。在切割和拋光晶面之后，激光晶體2與非線性晶體3然后直接粘接在一起而無需環(huán)氧樹脂。同時，將激光晶體與非線性晶體夾置的 Si基板也采用直接粘接而無需環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂不應(yīng)該存在于光路中，這對于高功率的 DPSS激光器尤其重要。激光晶體與非線性晶體的外晶面平行并適當(dāng)?shù)赝扛灿懈叻瓷?HR) 或增透(AR)膜1、4，以將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔夕卜。在綠色DPSS激光器的情況下，膜1在基頻光和SH光的波長(例如，1064nm和532nm) 處具有HR，但在泵浦光的波長(例如，808nm)處具有AR，而膜4在基頻光(例如，1064nm) 處具有HR，在SH光(例如，532nm)處具有AR。二次諧波發(fā)生僅發(fā)生在滿足QPM條件的非線性晶體3中。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管泵浦激光晶體(即，摻雜Nd的 YVO4),在激光諧振腔內(nèi)生成了波長為λ (gp,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇非線性晶體從而滿足相匹配條件，則可有效地生成波長為λ/2(即532nm)的二次諧波光。基于以上描述，容易理解的是，由于Si基板的高的導(dǎo)熱率，所以可以容易地去除激光晶體和非線性晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量。另外，由于直接粘接晶面的總橫截面明顯增大(從 0. 5mm增大至Imm以上)，可以解決先前粘接處理中晶面的直接粘接中所涉及的問題。在本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施方式中，用于DPSS激光器的優(yōu)選粘接結(jié)構(gòu)如圖5所示。激光晶體(例如，NdiYVO4) 2和非線性晶體(例如，MgOiPPLN) 3首先分別與基板(Si基板)5、 6粘接。這里，激光晶體和非線性晶體可以使用典型的厚度(例如，0.5mm)。而適當(dāng)?shù)剡x擇 Si基板的厚度(例如，0. 5mm 2. 5mm)，使得橫截面足夠大以便進(jìn)行隨后的晶面粘接處理。 可使用大的晶片尺寸來進(jìn)行激光晶體2與Si基板5之間的粘接以及非線性晶體3與Si基板6之間的粘接，從而降低整個制造成本。Si基板5、6具有高的導(dǎo)熱率和相同的厚度。盡管較高成本的直接粘接也是可接受的，但激光晶體2與Si基板5之間的粘接7以及非線性晶體3與Si基板6之間的粘接8可以是環(huán)氧樹脂粘接。在切割和拋光晶面之后，激光晶體2與非線性晶體3然后經(jīng)由隔離件11通過環(huán)氧樹脂而粘接。為了避免激光晶體與非線性晶體之間的熱傳遞，優(yōu)選具有低的導(dǎo)熱率的材料(例如，低導(dǎo)熱性的玻璃)用作隔離件。 隔離件11的高度應(yīng)等于或略低于Si基板的高度，而可以在幾μ m和幾mm(例如，1 μ m Iym)的范圍內(nèi)選擇隔離件11的厚度，使得激光晶體與非線性晶體之間的光耦合損耗可忽略不計，在光路中不存在環(huán)氧樹脂，可以容易地進(jìn)行粘接。激光晶體與非線性晶體的晶面平行并適當(dāng)?shù)赝扛灿懈叻瓷?HR)或增透(AR)膜1、4、9、10，從而將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔外。在綠色DPSS激光器的情況下，膜1在基頻光的波長(例如，1064nm)處具有HR，但在泵浦光的波長(例如，808nm)處具有AR ；膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR,在SH光(例如，532nm)處具有AR ；膜9在基波長(例如， 1064nm)處具有AR ；膜10在基波長(例如，1064nm)處具有AR，但在SH波長(例如，532nm) 處具有HR。在激光封裝中翻轉(zhuǎn)粘接晶體以使得激光晶體和非線性晶體與散熱片或金屬底座直接接觸，以去除晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量。二次諧波發(fā)生僅發(fā)生在滿足QPM條件的非線性晶體 3中。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管泵浦激光晶體(即，摻Nd的YVO4)，在激光諧振腔內(nèi)生成了波長為λ (gp,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇非線性晶體使得滿足相位匹配條件，則可有效地生成波長為λ/2(即，532nm)的二次諧波光。基于以上描述，容易理解的是，在該結(jié)構(gòu)中，直接粘接(其比環(huán)氧樹脂粘接更昂貴且更困難)并非絕對必要的。由于Si基板的導(dǎo)熱率相對較高，所以可以相對容易地去除激光晶體和非線性晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量。另外，由于直接粘接晶面的總橫截面明顯增大(從 0. 5mm增大至Imm以上)，所以可以解決薄晶體的粘接中所涉及的問題。此外，考慮到DPSS 激光器中的光束直徑通常僅為50μπι的事實(shí)，可將激光晶體和非線性晶體的厚度減小至 100 200 μ m,以進(jìn)一步提高去除晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量的效率。在本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施方式中，用于DPSS激光器的優(yōu)選的粘接結(jié)構(gòu)如圖6所示。激光晶體(例如，NchYVO4) 2和非線性晶體(例如，Mg0:PPLN)3首先分別與基板(Si基板)5、6粘接。這里，激光晶體和非線性晶體可以使用典型的厚度(例如，0.5mm)。激光晶體和非線性晶體的厚度可以減小至100 200μπι。然后，將激光晶體與非線性晶體分別與其他的Si基板11、12粘接。適當(dāng)?shù)剡x擇Si基板的厚度(例如，0. 5mm 2. 5mm)，使橫截面足夠大以便于隨后進(jìn)行晶面粘接處理?？墒褂么蟮木叽鐏磉M(jìn)行激光晶體2與Si基板 5、11之間的粘接以及非線性晶體3與Si基板6、12之間的粘接，從而降低整個制造成本。 Si基板5、6、11、12具有高的導(dǎo)熱率，基板5、6具有相同的厚度，基板11、12也具有相同的厚度。盡管較高成本的直接粘接也是可接受的，但激光晶體2與Si基板5、11之間以及非線性晶體3與Si基板6、12之間的粘接7、8、9、10可以是環(huán)氧樹脂粘接。在切割和拋光晶面之后，激光晶體2與非線性晶體3經(jīng)由隔離件15通過環(huán)氧樹脂而粘接。為了避免激光晶體與非線性晶體之間的熱傳遞，優(yōu)選具有低的導(dǎo)熱率的材料(例如，低導(dǎo)熱性的玻璃)用作隔離件。隔離件15可以是形成有孔的矩形(如圖6(a)所示)或者為矩形(如圖6(b)所示)。 在圖6 (a)的情況下，隔離件15的外圍尺寸與包括Si基板與激光晶體或非線性晶體的晶面的橫截面的尺寸相同，而隔離件15中的矩形孔的高度等于或略大于夾在Si基板之間的激光晶體或非線性晶體的厚度，而深度足夠深以容易進(jìn)行光耦合(例如，IOOym 2mm)。在圖6 (b)的情況下，隔離件15的高度應(yīng)等于或略低于Si基板的高度，而隔離件15的厚度可在幾ym和幾ym的范圍內(nèi)(例如，Iym Imm)選擇，使得激光晶體與非線性晶體之間的光耦合損耗可忽略不計，在光路中不存在環(huán)氧樹脂，從而可以容易地進(jìn)行粘接。激光晶體與非線性晶體的晶面平行并適當(dāng)?shù)赝扛灿懈叻瓷?HR)或增透(AR)膜1、4、13、14，以將基頻光限制在激光諧振腔內(nèi)，而SHG光被有效地耦合在激光諧振腔外。在綠色DPSS激光器的情況下，膜1在基頻光的波長(例如，1064nm)處具有HR，但泵浦光的波長(例如，808nm)處具有 AR ；膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR,在SH光(例如，532nm)處具有AR ；膜13在基波長(例如，1064nm)處具有AR ；而膜14在基波長(例如，1064nm)處具有AR，但在SH波長 (例如，532nm)處具有HR。二次諧波發(fā)生僅發(fā)生在滿足QPM條件的非線性晶體3中。通過利用激射波長為808nm的泵浦激光二極管泵浦激光晶體(即，摻Nd的YVO4)，在激光諧振腔內(nèi)生成波長為λ (gp,1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇非線性晶體以使得滿足相位匹配條件，則可有效地生成波長為1/^2(即，532nm)的二次諧波光?；谝陨厦枋?，容易理解的是，在該結(jié)構(gòu)中，直接粘接(其比環(huán)氧樹脂粘接更昂貴且更困難)并不是絕對必要的，由于Si基板的高的導(dǎo)熱率，可以相對容易地去除激光晶體和非線性晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量。另外，由于直接粘接晶面的總橫截面明顯增大(從0. 5mm增大至Imm以上)，所以可以解決薄晶體的粘接中所涉及的問題。此外，考慮到DPSS激光器中的光束直徑通常僅為50 μ m的事實(shí)，可將激光晶體和非線性晶體的厚度減小至100 200 μ m, 以進(jìn)一步提高去除晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱量的效率。在本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施方式中，用于DPSS SHG激光器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)如圖7所示。 在該結(jié)構(gòu)中，將本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施方式中所描述的粘接的激光晶體和非線性晶體作為實(shí)現(xiàn)綠色DPSS SHG激光器的實(shí)例。粘接的晶體被設(shè)置在具有兩個金屬表面13、14的固定器中，以夾置粘接的晶體，從而能有效地去除熱量。通過激射波長為808nm的泵浦激光二極管12泵浦激光晶體(即，摻Nd的YVO4)，在激光諧振腔內(nèi)生成波長為λ ( g卩，1064nm)的基頻光。如果適當(dāng)?shù)剡x擇QPM的周期以使得非線性晶體的QPM波長與基頻光波長相匹配，則可有效地生成波長為λ/2(即，532nm)的二次諧波光。疇反轉(zhuǎn)光柵Λ的周期由QPM條件 (即，2(η2ω-ηω)=入/^，其中，1!2 和1^分別為在二次諧波光和基頻光處的折射率)決定。為實(shí)現(xiàn)有效的波長轉(zhuǎn)換，減小激光器的尺寸并降低激光器的封裝成本，采用了粘接結(jié)構(gòu)，其中，激光晶體2和非線性晶體3經(jīng)由隔離件11粘接在一起，如圖7所示。為了將基頻光限制在激光諧振腔中，降低泵浦功率的耦合損耗并從諧振腔有效地耦合SH光，激光晶體2涂覆有膜1和9，而非線性晶體涂覆有膜4和10。膜1在基頻光的波長(例如，1064nm) 處具有HR，但泵浦光的波長(例如，808nm)處具有AR ；膜4在基頻光(例如，1064nm)處具有HR，而在SH光(例如，532nm)處具有AR;膜9在基波長(例如，1064nm)處具有AR;膜10 在基波長(例如，1064nm處具有AR，而在SH波長(例如，532nm)處具有HR。上述實(shí)施方式已經(jīng)描述了用于具有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)(intra-cavity configuration)的綠色激光器的粘接的MgO:PPLN非線性晶體。當(dāng)然，本發(fā)明中所述的方法可以應(yīng)用至諸如 MgO:PPLT, PPKTP等的其他粘接的非線性晶體。上述實(shí)施方式已經(jīng)描述了具有粘接的非線性晶體和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的SHG綠色激光器。 當(dāng)然，本發(fā)明中所述的方法可以應(yīng)用至諸如SHG藍(lán)色激光器等的其他SHG激光器。上述實(shí)施方式已經(jīng)描述了使用粘接的非線性晶體的SHG激光器。當(dāng)然，本發(fā)明中所述的方法可以應(yīng)用至諸如光學(xué)參數(shù)振蕩、差頻生成等的其他光學(xué)非線性處理。
權(quán)利要求
1.一種封裝光學(xué)非線性晶體的方法，所述非線性晶體與激光晶體粘接，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的有效波長轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述非線性晶體與所述激光晶體首先分別與相對厚的基板粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，對于非線性晶體粘接和激光晶體粘接，所述基板具有高的導(dǎo)熱率和同樣的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過直接粘接或環(huán)氧樹脂粘接來實(shí)現(xiàn)所述非線性晶體和所述基板之間的粘接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過直接粘接或環(huán)氧樹脂粘接來實(shí)現(xiàn)所述激光晶體與所述基板之間的粘接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，分別在大面積上執(zhí)行所述非線性晶體和所述激光晶體的粘接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在切割和晶面拋光之后，所述粘接的非線性晶體和激光晶體被直接粘接而無需使用環(huán)氧樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過表面拋光來減小所述粘接的非線性晶體和激光晶體的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在切割和晶面拋光之后，所述粘接的非線性晶體和激光晶體被直接粘接而無需使用環(huán)氧樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述粘接的非線性晶體和激光晶體的兩個外晶面彼此精確地平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的方法，其中，適當(dāng)?shù)赝扛菜稣辰拥姆蔷€性晶體和激光晶體的兩個外晶面，使得基頻光被限制在激光諧振腔內(nèi)，而二次諧波光能夠從所述非線性晶體的外晶面被有效地提取。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述粘接的非線性晶體和激光晶體然后與第二基板粘接，其中所述非線性晶體和所述激光晶體夾置在兩個基板之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二基板具有高的導(dǎo)熱率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對于所述非線性晶體和所述激光晶體，所述第二基板具有相同的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過直接粘接或環(huán)氧樹脂粘接來實(shí)現(xiàn)所述粘接的非線性晶體和所述第二基板之間的粘接。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過直接粘接或環(huán)氧樹脂粘接來實(shí)現(xiàn)所述粘接的激光晶體和所述第二基板之間的粘接。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，分別在大面積上執(zhí)行所述非線性晶體和所述激光晶體的粘接。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在切割和晶面拋光之后，夾置的粘接的所述非線性晶體和所述激光晶體被直接粘接而無需使用環(huán)氧樹脂。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在切割、晶面拋光和晶面涂覆之后，夾置的粘接的所述非線性晶體和所述激光晶體通過使用環(huán)氧樹脂經(jīng)由隔離件被粘接。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述隔離件具有低的導(dǎo)熱率以防止所述非線性晶體和所述激光晶體之間的熱交換。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，適當(dāng)?shù)剡x擇所述隔離件使得對于所述非線性晶體和所述激光晶體實(shí)現(xiàn)最大光學(xué)孔徑。
22.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，所述夾置的粘接的非線性晶體和激光晶體的兩個外晶面彼此精確地平行。
23.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，適當(dāng)?shù)赝扛菜鰥A置的粘接的非線性晶體和激光晶體的晶面，使得基頻光被限制在激光諧振腔內(nèi)，而二次諧波光能夠從所述非線性晶體的外晶面被有效地提取而在所述晶面處沒有反射損耗。
24.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，將所述粘接的非線性晶體和激光晶體設(shè)置在金屬固定器中，在所述固定器中，所述非線性晶體和所述激光晶體的表面以及所述基板的表面均與金屬接觸，以有效地去除在所述非線性晶體和所述激光晶體中產(chǎn)生的熱量。
25.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中，將所述夾置的粘接的非線性晶體和激光晶體設(shè)置在金屬固定器中，在所述固定器中，所述非線性晶體和所述激光晶體的表面以及所述基板的表面均與金屬接觸，以有效地去除在所述非線性晶體和所述激光晶體中產(chǎn)生的熱量。
全文摘要
本發(fā)明涉及封裝與激光晶體(例如，摻Nd的YVO4)粘接的具有周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的光學(xué)非線性晶體(例如，周期性極化的摻MgO的鈮酸鋰)的方法，以在內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)有效的二次諧波發(fā)生。
文檔編號G02F1/35GK102484349SQ201080025730
公開日2012年5月30日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者胡燁 申請人:C2C晶芯科技公司