專利名稱：激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所涉及一種全固態(tài)激光器，尤其涉及一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器。
但由于激光腔內(nèi)存在著增益交叉飽和效應(yīng)及和頻效應(yīng)引起的縱模耦合，導(dǎo)致輸出的倍頻光功率很不穩(wěn)定，即所謂的“綠光問題”，“綠光問題”使得該類激光器的應(yīng)用領(lǐng)域受到了很大的限制。解決“綠光問題”的有效途徑之一就是采用單縱模激光器，其原理是，單縱模激光器由于只允許一個(gè)縱模起振并倍頻輸出，因此摒除了和頻的產(chǎn)生，從而消除了“綠噪聲”。
取得單縱模輸出的方法很多，較為常用的是通過(guò)雙折射濾波器(Lyot濾波器)濾波選模。雙折射濾波器通常由兩部分組成，一是雙折射晶體波片，倍頻晶體(如KTP)一般同時(shí)起雙折射晶體波片的作用；二是選模元件，如布儒斯特片、檢偏器、F-P標(biāo)準(zhǔn)具等。在設(shè)計(jì)時(shí)，把倍頻晶體設(shè)計(jì)成我們希望起振的基波縱模的半波片(往返全程為全波片)，這樣在選模時(shí)，選模元件就只允許該縱模通過(guò)并起振，其余的縱模則由于損耗過(guò)大低于閾值而不能起振。
然而，由以上方法取得單縱模輸出也并不是穩(wěn)定的，這是因?yàn)殡p折射晶體的波片效應(yīng)對(duì)溫度變化是非常敏感的，因此必須施加嚴(yán)格的溫控措施，否則將導(dǎo)致較大的功率起伏甚至跳模。但是這樣制作，不但整個(gè)器件的成本太高，而且體積也較龐大。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種改進(jìn)的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，它通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的溫度補(bǔ)償方法解決雙折射濾波的漂移問題，無(wú)需或稍加溫控就可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，從而使之適用于多種領(lǐng)域。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管，設(shè)置在激光二極管后且與之光連接的是聚焦整形裝置，設(shè)置在與聚焦整形裝置后是平凹型后腔鏡，與平凹型后腔鏡光連接的是激光晶體，設(shè)置在激光晶體后的是濾波選模元件，與濾波選模元件光連接的是倍頻雙折射晶體；其特點(diǎn)是在所述的倍頻雙折射晶體后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體光連接的溫度補(bǔ)償晶體。
在上述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器中，其中，在所述的溫度補(bǔ)償晶體的一面鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長(zhǎng)為1064納米的高反膜層而波長(zhǎng)為532納米增透的膜層。
在上述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器中，其中，所述的倍頻雙折射晶體采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層。
本實(shí)用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本實(shí)用新型由于設(shè)置了溫度補(bǔ)償晶體，該溫度補(bǔ)償晶體是一種雙折射晶體，其折射率的熱變化特性可以對(duì)主倍頻晶體形成一種補(bǔ)償效應(yīng)；2.本實(shí)用新型由于溫度補(bǔ)償晶體達(dá)到其中一面與平凹型后腔鏡的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔，從而可獲得較為穩(wěn)定的單縱模輸出；3.本實(shí)用新型由于通過(guò)選取適當(dāng)?shù)谋额l晶體與溫度補(bǔ)償晶體之間的長(zhǎng)度比，由此可以使兩者共同組成的多級(jí)波片效應(yīng)對(duì)于溫度的變化不再敏感；同時(shí)恰好是希望起振的縱模的半波片，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)不但可以實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，而且不會(huì)隨溫度的變化發(fā)生縱模漂移或跳模。
4.本實(shí)用新型通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的溫度補(bǔ)償方法解決雙折射濾波的漂移問題，無(wú)需或稍加溫控就可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，因此極為實(shí)用。


通過(guò)以下對(duì)本實(shí)用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是現(xiàn)有技術(shù)普通單縱模激光器器件原理圖；圖2是溫度補(bǔ)償方法的示意圖；圖3是依據(jù)本實(shí)用新型提出的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的原理圖。
請(qǐng)先了解現(xiàn)有技術(shù)激光器的工藝情況。
請(qǐng)參見圖1所示，圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種典型的單縱模激光器(以綠光波長(zhǎng)為532nm納米的激光器為例)的原理圖。圖中標(biāo)號(hào)為101是激光二極管(LD)，激射中心波長(zhǎng)為808nm納米；與激光二極管(LD)101光連接的是聚焦整形裝置102，該聚焦整形裝置102通常由兩塊非球面透鏡組成，其作用是對(duì)激光二極管LD 101出射的不規(guī)則發(fā)散光束進(jìn)行整形并聚焦至激光晶體202上；與聚焦整形裝置102光連接的是平凹型后腔鏡201，在平凹型后腔鏡201平的一面鍍波長(zhǎng)為808納米的增透膜層，另一凹面上則鍍有波長(zhǎng)為808納米的增透與波長(zhǎng)為1064納米高反膜層；以將經(jīng)聚焦整形裝置102整形的發(fā)散的激光束聚焦至激光晶體202上；該激光晶體202為a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)，為激光增益介質(zhì)，其熒光發(fā)射主峰波長(zhǎng)為1064nm納米，同時(shí)兩面均鍍有808納米及1064納米的雙增透膜；與激光晶體202光連接的是濾波選模元件203，可以采用布儒斯特片；與濾波選模元件203光連接的是倍頻雙折射晶體KTP 204，采用II類位相匹配切割，一面鍍1064納米及532納米的雙增透膜層，而另一面則鍍有對(duì)1064納米高反而對(duì)波長(zhǎng)為532納米增透的膜層，此面與平凹型后腔鏡201的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔。
沿腔軸方向看，激光晶體202即a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)的光軸與倍頻晶體KTP的主軸成45°夾角，而與布儒斯特片法線夾角為零。這樣由增益晶體發(fā)射的π偏振光(含多個(gè)縱模)可通過(guò)布儒斯特片，由激光晶體202即NdYVO4激射出的e光束在進(jìn)入倍頻晶體KTP后分為兩個(gè)偏振組份，在光束往返兩次通過(guò)KTP后，兩組份的位相差為Δφ＝4πΔnLKTP/λ，其中，Δn為倍頻晶體KTP兩正交軸的折射率差，LKTP為倍頻晶體KTP的長(zhǎng)度，λ為不同縱模對(duì)應(yīng)下真空中的波長(zhǎng)。
對(duì)于位相差為2π的整數(shù)倍的波長(zhǎng)，返回后具有相同的偏振態(tài)，因此可以無(wú)損的通過(guò)布儒斯特片；而另一方面其他的波長(zhǎng)返回時(shí)將成為橢圓偏振，具有一個(gè)沿σ軸方向的分量，因此在通過(guò)布儒斯特片時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的損耗，從而受到抑制。這樣就得到了單縱模輸出。
但倍頻晶體KTP兩正交軸的折射率差Δn對(duì)于溫度的變化是非常敏感的(10-6/K量級(jí))，這樣溫度變化時(shí)，KTP的波片效應(yīng)也會(huì)跟著變化，不再是我們希望起振的縱模的半波片，其腔內(nèi)損耗增大，倍頻輸出功率也相應(yīng)降低，溫度變化的一定程度，該縱模被完全抑制，但這時(shí)另外的縱模損耗會(huì)降低并因此而可能起振，即跳模。因此該類激光器為保證穩(wěn)定的單縱模輸出，對(duì)KTP、NdYVO4及LD都采取了溫控措施，特別是對(duì)于倍頻晶體KTP的溫度控制尤為嚴(yán)格。
對(duì)于倍頻雙折射晶體的溫度補(bǔ)償要著重考慮兩方面的因素第一、增大雙折射晶體波片的溫度容差，第二、不削弱雙折射濾波器的濾波效應(yīng)，這就要求我們根據(jù)倍頻晶體的屬性來(lái)選擇一種合適的晶體。
II類位相匹配KTP晶體的雙折射屬性如下no>ne,dnodT>dnedT]]>那么用來(lái)溫度補(bǔ)償?shù)碾p折射晶體須具備以下性質(zhì)(1)....no>ne,dnodT<dnedT]]>或(2)....no<ne,dnodT>dnedT]]>下面對(duì)他們分別予以討論①采用具有(no>ne,dnodT<dnedT)]]>性質(zhì)的雙折射晶體時(shí)，兩者應(yīng)光軸平行排列，如圖二(1)所示，設(shè)KTP長(zhǎng)度為d1，溫度補(bǔ)償晶體長(zhǎng)度為d2，當(dāng)兩偏振分量依次通過(guò)它們后的位相差為Δφ=2πλ[(n10-n1e)d1+(d20-n2e)d2]]]>式中折射率下標(biāo)中1，2分別表示KTP和溫度補(bǔ)償晶體，這樣dΔφdT=2πλ[d1(dn10dT-dn1edT)+d2(dn20dT-dn2edT)]]]>上式中，由于dn10dT-dn1edT>0,dn20dT-dn2edT<0]]>因此適當(dāng)選取d1、d2的長(zhǎng)度，可使dΔφdT→0,]]>從而起到溫度補(bǔ)償作用。
令dΔφdT=0,]]>可得d2d1=dn1odT-dn1edTdn2edT-dn2odT]]>②采用具有(no<ne,dnodT>dnedT)]]>性質(zhì)的雙折射晶體時(shí)，兩者應(yīng)光軸垂直排列，如圖二(2)所示，當(dāng)兩偏振分量依次通過(guò)它們后的位相差為Δφ=2πλ[(n10-n1e)d1+(n2e-n2o)d2]]]>這樣，dΔφdT=2πλ[d1(dn10dT-dn1edT)+d2(dn2edT-dn2odT)]]]>此時(shí)，由于dn10dT-dn1edT>0,dn2edT-dn2odT<0]]>
因此適當(dāng)選取d1、d2的長(zhǎng)度，同樣可使dΔφdT→0,]]>令dΔφdT=0,]]>可得d2d1=dn1odT-dn1edTdn2odT-dn2edT]]>這樣我們就可以選取適當(dāng)?shù)木w對(duì)KTP實(shí)施溫度補(bǔ)償了。
請(qǐng)參見圖3所示，這是本實(shí)用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的原理圖。本實(shí)施例是采用了溫度補(bǔ)償方案后的單縱模激光器，由激光二極管101、聚焦整形裝置102、平凹型后腔鏡201、激光晶體202、濾波選模元件203、倍頻雙折射晶體204和溫度補(bǔ)償晶體205組成。其中，激光二極管LD 101的激射中心波長(zhǎng)為808納米；與激光二極管LD 101光連接的是聚焦整形裝置102，通常聚焦整形裝置102由兩塊非球面透鏡組成，其作用是對(duì)激光二極管LD 101出射的不規(guī)則發(fā)散光束進(jìn)行整形并聚焦至激光晶體202上；與聚焦整形裝置102光連接的是平凹型后腔鏡201，平凹型后腔鏡201的平面一側(cè)鍍波長(zhǎng)為808納米的增透膜層，凹面一側(cè)則鍍有波長(zhǎng)為808納米的增透膜層和波長(zhǎng)為1064納米的高反膜層；設(shè)置在平凹型后腔鏡201后的且與之光連接的是激光晶體202，該激光晶體202為a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)，為激光增益介質(zhì)，其熒光發(fā)射主峰為波長(zhǎng)是1064納米，同時(shí)兩面均鍍有波長(zhǎng)為808納米及波長(zhǎng)為1064納米的雙增透膜層；與激光晶體202光連接的是濾波選模元件203，在本實(shí)施例中濾波選模元件203采用的是布儒斯特片；設(shè)置在濾波選模元件203后的且與之光連接的是倍頻雙折射晶體KTP 204，在本實(shí)施例中，該倍頻雙折射晶體KTP 204采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層；與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在倍頻雙折射晶體KTP 204后設(shè)置一溫度補(bǔ)償晶體205，該溫度補(bǔ)償晶體205的一面鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長(zhǎng)為1064納米高反而波長(zhǎng)為532納米增透的膜層，此面與平凹型后腔鏡201的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔。倍頻晶體204與溫度補(bǔ)償晶體205按上述的溫度補(bǔ)償方案排列，兩者共同組成雙折射波晶片，兩者長(zhǎng)度滿足以上溫度補(bǔ)償條件，同時(shí)恰好是我們希望起振的縱模的半波片，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)不但可以實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，而且不會(huì)隨溫度的變化發(fā)生縱模漂移或跳模。
綜上所述，本實(shí)用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的溫度補(bǔ)償晶體的加入，解決雙折射濾波的漂移問題，可使與激光倍頻晶體及選模元件組成的雙折射濾波器更加穩(wěn)定，從而可以降低對(duì)溫控的要求，甚至無(wú)需溫控系統(tǒng)即可獲得較為穩(wěn)定的單縱模輸出，因此極為實(shí)用。
權(quán)利要求1.一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管(101)，設(shè)置在激光二極管(101)后且與之光連接的是聚焦整形裝置(102)，設(shè)置在與聚焦整形裝置(102)后是平凹型后腔鏡(201)，與平凹型后腔鏡(201)光連接的是激光晶體(202)上，設(shè)置在激光晶體(202)后的是濾波選模元件(203)，與濾波選模元件(203)光連接的是倍頻雙折射晶體(204)；其特征在于在所述的倍頻雙折射晶體(204)后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體(204)光連接的溫度補(bǔ)償晶體(205)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，其特征在于在所述的溫度補(bǔ)償晶體(205)的一面鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長(zhǎng)為1064納米的高反膜層而波長(zhǎng)為532納米增透的膜層。
3.如權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，其特征在于所述的倍頻雙折射晶體(204)采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管，設(shè)置在激光二極管后且與之光連接的是聚焦整形裝置，設(shè)置在與聚焦整形裝置后是平凹型后腔鏡，與平凹型后腔鏡光連接的是激光晶體，設(shè)置在激光晶體后的是濾波選模元件，與濾波選模元件光連接的是倍頻雙折射晶體；其特點(diǎn)是在所述的倍頻雙折射晶體后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體光連接的溫度補(bǔ)償晶體；該溫度補(bǔ)償晶體的一面鍍波長(zhǎng)為1064納米及波長(zhǎng)為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長(zhǎng)為1064納米的高反膜層而波長(zhǎng)為532納米增透的膜層。該簡(jiǎn)單易行的溫度補(bǔ)償方法解決雙折射濾波的漂移問題，且可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，從而使之適用于多種領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/082GK2569376SQ02267178
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2002年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月16日
發(fā)明者張哨峰, 郭占華, 張文照, 韋偉, 阮軍, 朱金明 申請(qǐng)人:上海冠威光電有限公司