專利名稱：一種雙腔激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其是涉及雙腔結(jié)構(gòu)的激光器。
背景技術(shù)：
在激光領(lǐng)域特別是固體激光器領(lǐng)域，很多激光增益介質(zhì)由于存在吸收截面 小和上能級壽命短等問題，而使其激光器閾值較高，泵浦效率較低，通常需要 采用較大功率的泵浦源，特別是對于吸收較小的微片或超薄增益介質(zhì)，大部分 泵浦光都將得不到有效利用，這無疑限制了很多激光材料和激光器的應用。為
解決上述問題，正如美國專利說明書US5289482、 US6898230中描述的，采用腔 內(nèi)泵浦的形式來提高對泵浦光的吸收效率。其中專利US6898230采用將LD (半導 體激光器)作為雙腔激光器的內(nèi)腔之一的方法來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)如圖l所示。其采用 側(cè)面泵浦的方式，其中102為激光增益^h質(zhì)，106為LD， 101與103構(gòu)成激光增益 介質(zhì)腔，104與105構(gòu)成LD激光腔，且101與105構(gòu)成泵浦光振蕩腔，LD發(fā)出的泵 浦光將被增益介質(zhì)吸收， 一次通過未被吸收的泵浦光將在101與105構(gòu)成的腔中 往復振蕩，并最終為增益介質(zhì)吸收，從而提高了增益介質(zhì)對LD能量的吸收效率， 并降低對LD泵浦源的要求。該專利基本采用側(cè)面泵浦的形式且只對LD泵浦光進 行一般的準直，通常LD光束準直直徑較大，所以該結(jié)構(gòu)只適用較大模體積的激 光腔，而且多限于側(cè)面泵浦方式，其激光器結(jié)構(gòu)調(diào)整亦較困難，而降低其實用 價值。
發(fā)明內(nèi)容
針對其不足，本發(fā)明提出一種新的可充分利用LD作為泵浦源的雙腔結(jié)構(gòu)激 光器。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的激光器的諧振腔采用腔內(nèi)泵浦的雙腔結(jié)構(gòu)，LD與激光增益介質(zhì)及 相應第一光學元件構(gòu)成第一諧振腔，激光增益介質(zhì)與其它第二光學元件構(gòu)成第 二諧振腔；利用透鏡將LD泵浦光聚焦于激光增益介質(zhì)中進行端面泵浦，產(chǎn)生的 激光在所述的第二諧振腔中振蕩，同時未^C吸收的泵浦光將在所述的第 一諧振 腔中往復振蕩，并最終被激光增益介質(zhì)吸收。
所述的第二諧振腔可以由分離元件構(gòu)成分離結(jié)構(gòu)的諧振腔，也可以由各光 學元件通過膠合、光膠或深化光膠構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)的微片式諧振腔。
所述的第一諧振腔的LD構(gòu)成腔可以是外腔式結(jié)構(gòu)，也可以是在LD后端面 鍍增透膜與所述光學元件構(gòu)成。所述的第一諧振腔的LD可以采用單個LD或LD 陣列，通過普通光學準直系統(tǒng)構(gòu)成，也可以是含有光纖耦合器的光學耦合系統(tǒng) 與光學元件構(gòu)成。
所述的激光增益介質(zhì)晶體做成薄盤片狀，LD泵浦光從該薄片 一側(cè)斜射入， 未，皮激光增益介質(zhì)晶體吸收的泵浦光被其反射，在薄片另一側(cè)的合適位置放置 另一片腔片^f吏LD泵浦光反射回去，進而泵浦光形成振蕩。可用于泵浦高功率盤 片式激光器及制作寬溫激光器等。
所述的雙腔激光器可以加入其它光學元件如倍頻晶體，調(diào)Q晶體等，獲得 連續(xù)，脈沖或準連續(xù)的基波光或倍頻光輸出。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，公開了一種新型的可充分利用LD作為泵浦源的 雙腔結(jié)構(gòu)激光器，用于降低激光增益介質(zhì)振蕩閣值和提高其對泵浦光的吸收效 率.，特別是對那些吸收系數(shù)較小，且介質(zhì)的厚度較薄的激光增益介質(zhì)。
圖1是美國專利US6898230的雙腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)是本發(fā)明的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖2(b)是本發(fā)明的第二實施例的結(jié)構(gòu)示,圖2(c)是本發(fā)明的第三實施例的結(jié)構(gòu)示^:圖3是本發(fā)明的第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4(a)是本發(fā)明的第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4(b)是本發(fā)明的第六實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4(c)是本發(fā)明的第七實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； '圖4(d)是本發(fā)明的第八實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4(e)是本發(fā)明的第九實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4(f)是本發(fā)明的第十實施例的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的第十一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合
和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。
本發(fā)明采用雙腔激光器結(jié)構(gòu)，包括LD泵浦系統(tǒng)，光學耦合系統(tǒng)及諧振腔。 作^泵浦光的LD與激光增益介質(zhì)后端腔鏡構(gòu)成第一諧振腔，激光增益介質(zhì)前端 腔鏡和后端腔鏡形成第二諧振腔。利用透鏡將LD泵浦光進行聚焦用于泵浦激光 增益介質(zhì)，產(chǎn)生的激光在第二諧振腔中振蕩，同時一次通過未被吸收的泵浦光 將在第一諧振腔中往復振蕩，并最終為激光增益介質(zhì)吸收。
如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)所示，201為LD激光器，202為光學耦合系統(tǒng)， 203為微片激光增益介質(zhì)，204為光學元件如倍頻晶體等，S5為輸出腔鏡，Sl 與S2面為LD激光器(半導體激光器)的諧振腔，產(chǎn)生波長為入。的泵浦光；Sl 與S4面構(gòu)成第一諧振腔，S3與S4面構(gòu)成的激光增益介質(zhì)諧振腔為第二諧振腔。 其中Sl面為對泵浦光入。高反的膜；S2面為對人。部分透射的膜；S3面為對入。增透、對入i高反的膜；S4面為對A。高反、對、透射的膜。LD為邊發(fā)光或面發(fā) 光激光器，S4在S2面發(fā)光點的成像點上。
本發(fā)明的激光器的原理夂泵浦光入。經(jīng)籩鏡耦合后進入微片激光增益介質(zhì) 203，并為激光增益介質(zhì)203吸收，從而產(chǎn)生波長為入的激光振蕩，其中未被吸 收的泵浦光被S4面反射再次經(jīng)過增益介質(zhì)203，仍沒被吸收的泵浦光將通過原 光路返回到LD201，而再次-波S2面或Sl面反射。由于Sl與S4面對入。均為高 反膜，泵浦光將在由S1及S4構(gòu)成的腔中往復振蕩，從而大大提高入。的腔內(nèi)功 率密度。入。除去腔內(nèi)少量無效吸收和少量透射外，其余功率將均^皮^:片激光增 益介質(zhì)203吸收。這樣的結(jié)構(gòu)對吸收截面較小的材料亦可獲得很高的泵浦吸收 功率。
本發(fā)明利用LD構(gòu)成腔可以是外腔式結(jié)構(gòu)，亦可對圖1的S2鍍增透膜。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵點是使未被吸收的泵浦光可以被反射回Sl面而實 現(xiàn)在S1與S4面之間的振蕩。由于LD的光束準直后直徑大，本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用透 鏡進行聚焦將泵浦光的光斑調(diào)整到較適合的尺寸，從而使該結(jié)構(gòu)可適用于各種 腔結(jié)構(gòu)端面泵浦激光器。
圖2(b)所示的第二實施例為采用分離腔的雙腔激光器結(jié)構(gòu)，在增益介質(zhì)后 端面鍍膜S4與Sl形成泵浦光往復腔，前腔鏡205與后腔4竟206構(gòu)成增益介質(zhì) 腔，或倍頻腔等，泵浦光往復腔與增益介質(zhì)激光腔可分別獨立調(diào)整。
圖2(c)所示的第三實施例，利用凹面4竟207可^f吏泵浦光聚焦點在激光增益 介質(zhì)203中。
圖3所示的第四實施例結(jié)構(gòu)采用透鏡進行光纖耦合，其中透鏡302A可使LD 光耦合進光纖305中，透鏡302B將光纖305輸出光再會聚在激光增益介質(zhì)303 中，鍍膜S4在光纖305輸出端面鍍膜S6發(fā)光點的透鏡成像點上。鍍膜S1、鍍膜S2、透鏡302A、光纖305、透鏡302B、激光增益介質(zhì)303、鍍膜S4構(gòu)成第一 諧振腔。由于光纖耦合可將陣列LD輸出光耦合到多模光纖中，因而可采用高功 率半導體激光器進行泵浦。采用該結(jié)構(gòu)可使敘光器的調(diào)整更加靈活。
高功率激光器的另 一種重要形式是盤片激光器，其特點是激光增益介質(zhì)具 有大的口徑與厚度比，散熱性能好，均勻泵浦和冷卻時可大大減少熱透鏡效應， 適合于高功率發(fā)展需要。但因激光介質(zhì)很薄，因而人們不得不采用復雜光路以 多次反射的方式來獲得有效吸收。采用本發(fā)明圖4(a)-圖4(f)系列圖的折疊腔 端面泵浦結(jié)構(gòu)可有效解決這一問題。其中LD泵浦光通過LD或LD陣列以一定入 射角進入激光增益介質(zhì)，通過薄片腔中反射，并在另一側(cè)放置LD腔反射鏡，構(gòu) 成第一個諧振腔使未被吸收的泵浦光可被多次反射，且不影響激光振蕩腔。
圖4(a)的第五實施例中，401為LD陣列，402為光纖耦合系統(tǒng)，404為耦 合透鏡，405為熱沉，406為超薄激光增益介質(zhì)，如Yb: YAG等，407為激光 腔鏡，408為全反鏡。鍍膜Sl,光纖耦合系統(tǒng)402，光纖403，耦合透鏡404， 鍍膜S2，鍍膜S3構(gòu)成第一諧振腔。LD陣列401發(fā)出的泵浦光耦合到光纖403 中并用于泵浦激光增益介質(zhì)406,未被吸收的泵浦光將在第一諧振腔中往復反 射，最終^皮激光增益介質(zhì)406吸收，從而提高對泵浦光的吸收效率。泵浦源也 可采用單個LD,并直接采用光學系統(tǒng)準直，如圖4(b)所示的第六實施例亦可釆 用透鏡組將LD陣列的單元發(fā)光準直為方向相同、光束相互平行的平行光作泵浦 源，參閱圖4(c)的第七實施例所示；同時泵浦光也可以以會聚形式泵浦激光增 益介質(zhì)，如圖4(d)的第八實施例所示。圖4(e)的第九實施例中采用多組LD或 LD陣列以一定角度對同一片盤片激光增益介質(zhì)404進行泵浦，調(diào)整光路使相對 的LD激光器構(gòu)成泵浦光的振蕩腔，圖4(f)的第十實施例采用多組光纖耦合激光 光源401同時泵浦激光增益介質(zhì)403，并用多個反射鏡404對泵浦光進行反射，以提高激光介質(zhì)對泵浦光的吸收效率，從而獲得高功率輸出。
本發(fā)明用于盤片激光器折疊腔內(nèi)泵浦結(jié)構(gòu)較其他常見盤片泵浦方式結(jié)構(gòu)簡
單，泵浦效率高，特別是多路求纖輸出泵浦先結(jié)構(gòu)更易實現(xiàn)高功率泵浦。
本發(fā)明的一個重要應用是制作超寬溫激光器，即在較寬的溫度范圍內(nèi)均可
正常使用的激光器，如野外-4(TC到+8(TC范圍均可正常使用的激光器。通常LD 輸出波長隨溫度變化而變化， 一般為0.3nm/°C，而激光增益介質(zhì)的吸收帶寬有 限，因此一般激光器均必須采用溫度控制裝置。由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)可降低對材料 吸收性能的要求，溫度變化對激光性能的影響較小，因而可拓寬激光器的使用 溫度范圍，從而大大降低激光器功耗。例如Nd: YV04晶體在808nm波段的吸收 半4寬約為8nm,即可容許不加溫控時，LD的溫度帶寬為30。C左右，但這不能 滿足人們通常使用的-20。C到50。C環(huán)境溫度，而808nm吸收帶寬約30nm,則采 用本專利結(jié)構(gòu)可容許LD的溫度帶寬為8(TC，從而實現(xiàn)較寬溫度激光器的應用。
本發(fā)明亦可應用于波導激光器中，如圖5的第十一實施例所示，采用端面 泵浦的方式，其中503為波導腔，鍍膜S3，鍍膜S4為波導腔膜，同時鍍膜S4 與鍍膜Sl構(gòu)成泵浦光往復腔。同時利用波導腔限制光波傳播特性與雙腔結(jié)構(gòu)對 泵浦光的反射可實現(xiàn)最大程度對泵浦光的利用。
本發(fā)明采用會聚光學耦合系統(tǒng)構(gòu)成腔內(nèi)泵浦的雙腔激光器，并采用端面泵 浦方式，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，特別適用于中小功率的半導體泵浦固體激光器， 尤其半導體泵浦;f數(shù)片激光器。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式 上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
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權(quán)利要求
1、一種雙腔激光器，包括LD泵浦系統(tǒng)、光學耦合系統(tǒng)和諧振腔，其特征在于所述激光器的諧振腔采用腔內(nèi)泵浦的雙腔結(jié)構(gòu)，LD與激光增益介質(zhì)及相應第一光學元件構(gòu)成第一諧振腔，激光增益介質(zhì)與其它第二光學元件構(gòu)成第二諧振腔；利用透鏡將LD泵浦光聚焦于激光增益介質(zhì)中進行端面泵浦，產(chǎn)生的激光在所述的第二諧振腔中振蕩，同時未被吸收的泵浦光將在所述的第一諧振腔中往復振蕩，并最終被激光增益介質(zhì)吸收。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第二諧振腔可 以由分離元件構(gòu)成分離結(jié)構(gòu)的諧振腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第二諧振腔可 以由各光學元件通過膠合、光膠或深化光膠構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)的微片式諧振腔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第一諧振腔的 LD構(gòu)成腔可以是外腔式結(jié)構(gòu)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第一諧振腔的 LD構(gòu)成腔可以是在LD后端面鍍增透膜與所述光學元件構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第一諧振腔的 LD可以采用單個LD或LD陣列，通過普通光學準直系統(tǒng)構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第一諧振腔的 LD可以是含有光纖耦合器的光學耦合系統(tǒng)與光學元件構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的激光增益介質(zhì) 晶體做成薄盤片狀，LD泵浦光從該薄片一側(cè)斜射入，未被激光增益介質(zhì)晶體吸 收的泵浦光被其反射，在薄片另 一側(cè)的合適位置放置另一片腔片使LD泵浦光反 射回去，進而泵浦光形成振蕩。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第二光學元件是倍頻晶體。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙腔激光器，其特征在于所述的第二光學元件是調(diào)Q晶體。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其是涉及雙腔結(jié)構(gòu)的激光器。本發(fā)明的雙腔激光器采用腔內(nèi)泵浦的雙腔激光器結(jié)構(gòu)，包括LD泵浦系統(tǒng)，光學耦合系統(tǒng)及諧振腔。作為泵浦光的LD與激光增益介質(zhì)后端腔鏡構(gòu)成第一個諧振腔，激光增益介質(zhì)前端腔鏡和后端腔鏡形成第二個諧振腔。利用透鏡將LD泵浦光聚焦并用于泵浦激光增益介質(zhì)，產(chǎn)生的激光在第二個激光腔中振蕩，同時一次通過未被吸收的泵浦光將在第一個諧振腔中往復振蕩，并最終為激光增益介質(zhì)吸收。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用于降低激光工作介質(zhì)振蕩閾值和提高其對泵浦光的吸收效率，特別是對那些吸收系數(shù)較小，且介質(zhì)的厚度較薄的激光增益介質(zhì)。
文檔編號H01S3/0941GK101494355SQ20081007237
公開日2009年7月29日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者凌吉武, 礪 吳, 陳燕平, 馬英俊 申請人:福州高意通訊有限公司