專利名稱：一種光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及腔內(nèi)倍頻激光器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光器具有很好的單色性、方向性。使用激光作為顯示光源、其色度三角形大，飽 和度高，與各種視頻信號(hào)匹配良好。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，激光顯示的各個(gè)產(chǎn)品 化方向，大屏幕、超大屏幕到手機(jī)式投影儀，都得到了全面發(fā)展。激光顯示技術(shù)的核心關(guān)鍵 技術(shù)包括紅綠藍(lán)三基色激光光源和圖像調(diào)制技術(shù)等。在紅綠藍(lán)三基色激光光源方面，以紅 外全固態(tài)激光進(jìn)行倍頻變換產(chǎn)生紅綠藍(lán)三基色激光的技術(shù)，在小型化方面取得了突破。在 圖像調(diào)制技術(shù)方面，高速寬帶聲光調(diào)制器一直是激光顯示中常用的激光光強(qiáng)調(diào)制器。但是 聲光調(diào)制器體積較大，寬帶調(diào)制的制造難度大，成本高等缺點(diǎn)能為限制激光顯示發(fā)展的一 個(gè)因素。

實(shí)用新型內(nèi)容因此，本實(shí)用新型提出一種光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器結(jié)構(gòu)。該激光器的方法是 利用基頻與諧波相對(duì)相位對(duì)倍頻光輸出功率的影響來(lái)對(duì)輸出倍頻光的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。本實(shí) 用新型的腔內(nèi)倍頻激光器結(jié)構(gòu)的調(diào)制方法容易實(shí)現(xiàn)，并且，調(diào)制器與激光器集成在一起，縮 小了器件的體積。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器是在激光器的基頻光的諧振腔內(nèi)的光 路上依次設(shè)置由一倍頻晶體和相位調(diào)制器構(gòu)成的倍頻調(diào)制單元替代其一端的腔鏡。進(jìn)一步的，所述的激光器的諧振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。進(jìn)一步的，所述的相位調(diào)制器是在調(diào)制元件至少一個(gè)端面鍍有一個(gè)反射膜，另一 個(gè)反射膜鍍于其他光學(xué)元件端面上。或者也可以是在調(diào)制元件的兩個(gè)端面均鍍有反射膜。或者進(jìn)一步的，所述的相位調(diào)制器是在調(diào)制元件一個(gè)端面連接至一個(gè)反射鏡。更進(jìn)一步的，所述的調(diào)制元件是電光調(diào)制晶體或磁光調(diào)制晶體或聲光調(diào)制晶體或 電致伸縮調(diào)制元件。進(jìn)一步的，所述的激光器是固體激光器或者氣體激光器。本實(shí)用新型的激光器機(jī)構(gòu)的光強(qiáng)調(diào)制的過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟由激光介質(zhì)發(fā)射的頻率為《的激光射入倍頻晶體中，與倍頻晶體相互作用產(chǎn)生 頻率為2 的倍頻光；由上述倍頻晶體的出射面出射的上述基頻光被第一個(gè)反射鏡反射回 上述倍頻晶體的所述出射面；由上述倍頻晶體的所述出射面出射的所述倍頻光被第二個(gè)反 射鏡反射回上述倍頻晶體的所述出射面；所述基頻光在所述出射面出射到被所述的第一個(gè)反射鏡反射回所述出射面的整 個(gè)過(guò)程所走過(guò)的光程為0L1，所述倍頻光在所述出射光出射到被第二個(gè)反射鏡反射回所述 出射面的整個(gè)過(guò)程所走過(guò)的光程為0L2 ；[0014]在所述出射面處，被反射的所述基頻光和倍頻光的光程0L1和0L2不同，基頻光和 倍頻光存在相對(duì)相位差；當(dāng)所述的相對(duì)相位差由0變到Ji的時(shí)，被反射回所述倍頻晶體的倍頻光通過(guò)所述 倍頻晶體后期輸出功率由最大變?yōu)榱恪１緦?shí)用新型的激光器是利用所述的相位調(diào)制器調(diào)制所述的基頻光和倍頻光的所 述的相對(duì)相位差，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出倍頻光光強(qiáng)的調(diào)制。本實(shí)用新型采用如上技術(shù)方案，通過(guò)一種更易于實(shí)現(xiàn)的倍頻光調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)倍頻 光強(qiáng)的調(diào)制。不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，而且大大縮小了器件的體積。

圖1是一個(gè)典型的V型腔內(nèi)倍頻激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是倍頻光在激光腔中產(chǎn)生和傳播的過(guò)程示意圖；圖3是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的倍頻調(diào)制單元的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型的倍頻調(diào)制單元的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本實(shí)用新型的激光器的實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為一個(gè)典型的V型腔內(nèi)倍頻激光器的結(jié)構(gòu)圖。激光晶體502吸收泵浦光能量 506輻射出頻率為(0的激光，激光在兩個(gè)腔鏡501和505之間震蕩，其間反復(fù)通過(guò)倍頻晶體 504，產(chǎn)生頻率為2 的倍頻光，倍頻光通過(guò)輸出耦合鏡503射出激光器。輸出耦合鏡503 上鍍對(duì)基頻光高反、對(duì)倍頻光增透的介質(zhì)膜。倍頻光在激光腔中產(chǎn)生和傳播的過(guò)程如圖2所示?；l光(《)從左邊注入，倍頻 晶體103的長(zhǎng)度為1，其兩端面對(duì)基頻光和倍頻光(2 )雙增透，記左端面為端面101，右端 面為端面102，反射鏡104對(duì)基頻光和倍頻光雙全反。坐標(biāo)軸取向?yàn)閺淖笙蛴摇Ｔ谛⌒盘?hào)條 件近似下，近似認(rèn)為被反射鏡104反射回的基頻光振幅與從左邊注入的基頻光振幅相當(dāng)， 可統(tǒng)一取為Ep取向右傳播的倍頻光振幅為E2+(z)，向左傳播的倍頻光振幅為E2_(Z)。二次 諧波非線性方程為 dEl ⑷=-iBexp(iAk z)(1)
oz
dE^ (z),、2K = -iB expO^d),). exp(iAk ■ z)(2) oz其中5 = //。叫2逝12/2、，11(1為真空磁導(dǎo)率，《 Q為基頻光頻率，d為倍頻晶體的有效 二階非線性系數(shù)，為基頻光從倍頻晶體端面102傳播到反射鏡104再被反射回端面102
4時(shí)整個(gè)過(guò)程所引入的相對(duì)相移，Ak = k2-2ki; Ic1和k2分別為基頻光和倍頻光的波矢。二次諧波初始條件￡2+ (0) = 0 ,在相位匹配條件下，從z = ο到z= 1積分方程⑴， 求解得E+2(l) = -iBl(3)正向傳播的基頻光產(chǎn)生的二次諧波E2+(l)被反射鏡M完全反射回去，因此，方程 (2)的初始條件為
, φ2指二次諧波從非線性晶體端面102傳播到反 射鏡104再被反射回端面102時(shí)整個(gè)過(guò)程所引入的相移。求解方程(2)得 所以從z = 0 一側(cè)輸出的倍頻光功率Pa為Pa = 4B2l2cos2 (φ2/2－φ1)(5)由上式可見(jiàn)，當(dāng)基頻光和倍頻光反向經(jīng)過(guò)倍頻晶體103時(shí)，倍頻光場(chǎng)是放大還 是縮小，依賴于倍頻光與基頻光的相對(duì)相位。當(dāng)倍頻光與基頻光的相對(duì)相位為3Φ = Φ2/2-Φι = O時(shí)，基頻光將轉(zhuǎn)化為倍頻光；當(dāng)相對(duì)相位為δ Φ = π時(shí)，倍頻光的輸出功率 為零?？梢?jiàn)，調(diào)整基頻光與倍頻光的相對(duì)位相就可以調(diào)節(jié)倍頻光的輸出光強(qiáng)。本實(shí)用新型就是基于上述原理提出一種調(diào)制腔內(nèi)倍頻激光器出射倍頻光強(qiáng)的方 法和光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器。本實(shí)用新型的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中包括激光介質(zhì)12，輸出耦合鏡13， 倍頻晶體14，和電光相位調(diào)制器15。激光介質(zhì)12的前表面121鍍對(duì)基頻光高反、對(duì)泵浦光 增透的介質(zhì)膜做為前腔鏡，其后表面122鍍基頻光增透膜。輸出耦合鏡13的凹面131鍍對(duì) 基頻光高反、對(duì)倍頻光增透的介質(zhì)膜，其平面132鍍基頻光增透膜。倍頻晶體14的兩個(gè)表 面141、142皆鍍對(duì)基頻光、倍頻光雙增透的介質(zhì)膜。電光相位調(diào)制器15的前表面151鍍對(duì) 基頻光高反、對(duì)倍頻光增透的介質(zhì)膜，做為激光器諧振腔的后腔鏡，其后表面152鍍對(duì)倍頻 光高反的介質(zhì)膜。此激光器工作過(guò)程是泵浦源11所發(fā)出的泵浦光通過(guò)激光介質(zhì)前表面121耦合進(jìn) 激光介質(zhì)12，激光介質(zhì)12吸收泵浦光能量后輻射頻率為ω的激光，此激光在由121面和 142面構(gòu)成的諧振腔內(nèi)振蕩。頻率為ω的基頻光與倍頻晶體14相互作用產(chǎn)生頻率為2 ω 的倍頻光。通過(guò)倍頻晶體14后，基頻光在電光相位調(diào)制器15的前表面151被反射回到倍 頻晶體的后表面142，倍頻光被電光相位調(diào)制器15的后表面152反射回到倍頻晶體的后表 面142。在面142處，倍頻光與基頻光的相對(duì)相位差為 其中，η為倍頻光在相位調(diào)制器15中的折射率。由前面的分析可知，當(dāng)δ Φ = O 時(shí)，基頻光將轉(zhuǎn)化為倍頻光；當(dāng)相對(duì)相位為δ Φ = π時(shí)，倍頻光的輸出功率為零。因此，通 過(guò)調(diào)整電光相位調(diào)制器上的電壓，就可以控制δ Φ，進(jìn)而控制激光器輸出倍頻光的功率。在上述結(jié)構(gòu)中，相位調(diào)制器15不拘泥于電光效應(yīng)的調(diào)制器，也可以利用磁光效 應(yīng)、熱光效應(yīng)、電致伸縮等效應(yīng)調(diào)制基頻光和倍頻光的相對(duì)相位差。在上述結(jié)構(gòu)中，我們把倍頻晶體14和相位調(diào)制器15作為一個(gè)單元，稱為倍頻調(diào)制 單元4。此倍頻調(diào)制單元4結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖4所示。它包括倍頻晶體24，基頻 光反射鏡25，倍頻光反射鏡26和一個(gè)電致伸縮元件27?；l光反射鏡25鍍對(duì)基頻光高反射、對(duì)倍頻光增透的介質(zhì)膜，倍頻光反射鏡26的前表面261鍍對(duì)倍頻光高反射的介質(zhì)膜，后 表面262與電表伸縮元件27連接在一起。在該實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)倍頻晶體24的基頻光被基 頻光反射鏡25反射回倍頻晶體24的后表面242，在倍頻晶體24中產(chǎn)生的倍頻光透過(guò)基頻 光反射鏡25，被倍頻光反射鏡26反射回倍頻晶體24的后表面?；l光和倍頻光在面242 處的相對(duì)相位差由連接在電致伸縮元件27上的倍頻光反射鏡26在電致伸縮元件27的帶 動(dòng)下前后移動(dòng)來(lái)控制，進(jìn)而控制激光器的倍頻光輸出功率。在上述結(jié)構(gòu)中，對(duì)基頻光的高反射膜也可以鍍?cè)诒额l晶體24的后表面242處，從 而省略基頻光反射鏡25。上述倍頻調(diào)制單元4的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖5所示。它包括倍頻晶體44，反 射鏡45、47，電致伸縮元件46。倍頻晶體的前表面441、后表面442皆鍍對(duì)基頻光、倍頻光 的增透膜，反射鏡45的前端面451鍍介質(zhì)膜，使其對(duì)基頻光增透，對(duì)倍頻光高反，反射鏡45 的后表面452連接在電致伸縮元件46上，反射鏡47的表面471鍍介質(zhì)膜，使其對(duì)基頻光高 反。分別被反射鏡45、47反射的基頻光和倍頻光，在面442處的相對(duì)相位差由連接在電致 伸縮元件46上的反射鏡45在電致伸縮元件46的帶動(dòng)下前后移動(dòng)來(lái)控制，進(jìn)而控制激光器 的倍頻光輸出功率。本實(shí)用新型所提出的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器結(jié)構(gòu)，不僅可應(yīng)用于V型腔，也 可以應(yīng)用在Z型腔和直線腔里。圖6就是本實(shí)用新型所涉及的直線腔的光強(qiáng)可調(diào)腔內(nèi)倍頻 激光器的一個(gè)實(shí)例。其中倍頻調(diào)制單元604如上述的結(jié)構(gòu)。輸出耦合鏡603置于激光晶體 602和倍頻調(diào)制單元604之間，對(duì)基頻光透射，并把倍頻光反射出激光器，泵浦光源601為置 于激光晶體602前，為其提供泵浦能量。本實(shí)用新型所涉及的直線腔的光強(qiáng)可調(diào)腔內(nèi)倍頻激光器的另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)如 圖7-圖10所示。它包括泵浦光源701，相位調(diào)制器702，倍頻晶體703，激光晶體704。如 圖7所示的實(shí)施例3中，相位調(diào)制器702的前表面7021鍍對(duì)倍頻光高反，對(duì)泵浦光增透的介 質(zhì)膜，后表面7022鍍對(duì)基頻光高反，對(duì)倍頻光及泵浦光增透的介質(zhì)膜，作為激光器諧振腔 的前腔鏡；倍頻晶體703的兩個(gè)表面7031、7032皆鍍對(duì)基頻光、倍頻光和泵浦光增透的介質(zhì) 膜；激光晶體704的前表面7041鍍對(duì)基頻光、倍頻光和泵浦光增透的介質(zhì)膜，后表面7042 鍍對(duì)倍頻光增透，對(duì)基頻光高反的介質(zhì)膜，做為激光器諧振腔的后腔鏡。分別被面7021、 7022反射的倍頻光和基頻光在面7031處的相對(duì)相位差由相位調(diào)制器控制702，這個(gè)相位調(diào) 制器702可以是電光調(diào)制器，磁光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和電制伸縮調(diào)制器等。通過(guò)對(duì)上述的 相對(duì)相位差的控制來(lái)調(diào)制倍頻光的輸出光強(qiáng)。如圖8所示的實(shí)施例4，上述結(jié)構(gòu)中作為前腔鏡的介質(zhì)膜也可以鍍?cè)诒额l晶體703 的前表面7031上。上述結(jié)構(gòu)中的相位調(diào)制器702還可以用透明電光陶瓷或單晶，倍頻光的高反膜鍍 在透明電光元件的后表面。如圖9所示的實(shí)施例5中，其中激光器前腔鏡為倍頻晶體703 的前表面7031。上述結(jié)構(gòu)中相位調(diào)制器702的另一個(gè)實(shí)例如圖10所示。它由連接在電致伸縮元 件705上的鍍有對(duì)倍頻光高反的介質(zhì)膜的透明元件構(gòu)成。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是在激光器的基頻光的諧振腔內(nèi)的光路上依次設(shè)置由一倍頻晶體和相位調(diào)制器構(gòu)成的倍頻調(diào)制單元替代其一端的腔鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的激光器的諧 振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的相位調(diào)制器 是在調(diào)制元件至少一個(gè)端面鍍有一個(gè)反射膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的相位調(diào)制器 是在調(diào)制元件的兩個(gè)端面均鍍有反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的相位調(diào)制器 是在調(diào)制元件一個(gè)端面連接至一個(gè)反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的調(diào) 制元件是電光調(diào)制晶體或磁光調(diào)制晶體或聲光調(diào)制晶體或電致伸縮調(diào)制元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器，其特征是所述的激光器是固 體激光器或者氣體激光器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及腔內(nèi)倍頻激光器領(lǐng)域。本實(shí)用新型的光強(qiáng)可調(diào)的腔內(nèi)倍頻激光器是在激光器的基頻光的諧振腔內(nèi)的光路上依次設(shè)置由一倍頻晶體和相位調(diào)制器構(gòu)成的倍頻調(diào)制單元替代其一端的腔鏡。所述的激光器的諧振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。所述的調(diào)制元件是電光調(diào)制晶體或磁光調(diào)制晶體或聲光調(diào)制晶體或電致伸縮調(diào)制元件。本實(shí)用新型的激光器的方法是利用基頻與諧波相對(duì)相位對(duì)倍頻光輸出功率的影響來(lái)對(duì)輸出倍頻光的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。本實(shí)用新型的腔內(nèi)倍頻激光器結(jié)構(gòu)的調(diào)制方法容易實(shí)現(xiàn)，并且，調(diào)制器與激光器集成在一起，縮小了器件的體積。
文檔編號(hào)H01S3/05GK201608421SQ20092026598
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
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