專利名稱：一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，屬于半導體激光泵浦 全固態(tài)激光器技術領域。
背景技術：
LD泵浦的全固態(tài)激光器通常為多縱模狀態(tài)運轉，多縱模運轉會導致激光輸出頻帶 加寬、激光時間和空間相干性變差、由于縱模競爭導致激光輸出功率不穩(wěn)等。尤其是在腔內 插入非線性光學元件時，不同的縱模之間還會在極化物質中相互耦合，產生隨機的和頻、差 頻等現象，使輸出激光束的質量進一步下降。實現激光器的單頻運轉，可以提高激光器的穩(wěn)定性、獲得單色性更好的高相干性光 源。因此，單頻激光器在光譜學、相干通訊、激光雷達、引力波探測、快速印刷、圖像處理、光學 數據存儲、DNA芯片和平板顯示器檢測等諸多領域有著廣泛的應用，有很大的市場前景。傳統(tǒng)的單頻激光器實現方法主要有以下幾種第一種方法是短腔法，當諧振腔短 到使縱模間隔大于增益介質的增益帶寬時，只有單個縱模被允許震蕩。但是短腔法只適用 于增益線寬較窄的激光器，同時還要考慮激光晶體的吸收系數和效率等因素，而且不適合 腔內加入倍頻晶體或其他調制元件。第二種方法是短程吸收法縮短增益介質的長度，加快 粒子空間轉移速度，避免形成空間燒孔，這樣也就不會形成多縱模振蕩，進而實現單頻。上 述兩種方法選頻由于腔長很短或激光晶體很薄，激光器的輸出功率必然受到限制，不適合 大功率輸出。第三種方法是標準具法標準具對不同波長具有不同的透過率，選擇適當的 標準具厚度和反射率，使其自由光譜區(qū)與激光工作物質的增益線寬相當，調節(jié)標準具的傾 斜角就可以使標準具最大透過率處的頻率與不同縱模重合，從而獲得不同頻率的單縱模激 光輸出。但是由于對標準具的厚度、反射率和傾斜角等參數要求較高，而且也為短腔結構， 腔內很難插入大尺寸器件，效率低。第四種方法是環(huán)形行波腔法采用環(huán)形腔結構，使激光 束只能以行波方式單向傳播在行波腔中受激輻射即可均勻地消耗介質反轉粒子數，消除駐 波效應。由于增益飽和，各縱模間的模式競爭中使中心頻率的單縱模占優(yōu)勢，最終獲得單縱 模激光輸出。環(huán)形行波腔能夠獲得較大功率的單頻輸出，但結構復雜、體積大、制作成本高。 第五種方法是復合腔法由一個邁克爾遜干涉儀取代諧振腔的一個反射鏡構成，適當選擇 兩個子腔的腔長，可以使復合腔的頻率間隔足夠大，當相鄰縱模的間隔可以與激光介質的 增益線寬相比擬時，即可實現單縱模運轉。此種方法選頻靈活，但結構復雜，對機械件穩(wěn)定 性要求較高。第六種方法是偏振轉動扭轉模法該方法的關鍵元件是放在激光晶體兩端的 λ/4波片(兩片)。兩波片的快軸相對旋轉90°，相對于腔內布氏片入射面轉動45°。只有 在腔內經波片往返后偏振方向仍能滿足布氏角的縱模才能形成激光振蕩。此種方法對λ /4 波片的光軸、角度、厚度及溫度情況要求較高，且光一光轉換效率低。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，其采用V型腔結構的激光諧振腔模式，能夠將基頻光轉化為單頻光輸出，進而改變現有單頻激光器 的不便與缺陷，實現了結構簡單、體積小、高效率的單頻光輸出，其是一種可獲得小體積、穩(wěn) 定性高、單色性好、單頻輸出的低噪聲全固態(tài)激光器。本實用新型的技術方案是這樣實現的一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光 器，由半導體激光器、半導體激光器座、光學耦合鏡組、光學耦合鏡組座、激光晶體、激光晶 體座、布氏片、布氏片座、全波片、全波片座、反射鏡、反射鏡座、倍頻晶體、倍頻晶體座、可調 光闌、輸出鏡、輸出鏡座、基板、外殼組成；其中半導體激光器固定于銅制的半導體激光器座 上，光學耦合鏡組固定于光學耦合鏡組座中，激光晶體固定在激光晶體座內，布氏片固定在 布氏片座上，全波片固定在全波片座上，反射鏡固定在反射鏡座上、倍頻晶體固定在倍頻晶 體座上，輸出鏡固定在鋁制的輸出鏡座上；半導體激光器座、光學耦合鏡組座、激光晶體座、 布氏片座、全波片座、反射鏡座、倍頻晶體座、可調光闌、輸出鏡座均固定在基板上，罩在外 殼中；其特征在于在激光器的光路中激光晶體和全波片之間安裝有布氏片；輸出鏡與反 射鏡對稱布置，可調光闌安裝在全波片與輸出鏡間，反射鏡的光路中布置倍頻晶體成V型 駐波腔結構；其中設泵浦光與基頻光的波長分別為λρ，λ 1，固定在銅制半導體激光器座 上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ，通過固定在泵浦 光學耦合鏡組座中的泵浦光學耦合鏡組注入到激光晶體中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦 光λ ρ波長的增透膜系，激光晶體的兩個通光面，靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ ρ波 長泵浦光的增透膜系和對λ 1波長基頻光的高反膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光和λ 波長基頻光的增透膜系；布氏片按λ 1波長泵浦光的布氏角擺放，θ λ^arctgn1 (其中Ii1為 布氏片相對于λ 1波長的折射率);中心波長為λ 1的全波片雙面鍍對λ 1波長基頻光的增 透膜系；反射鏡靠近倍頻晶體的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍頻光λ 2的 高反膜系；輸出鏡靠近可調光闌的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍頻光λ2 的增透膜系，另一端鍍λ 2波長倍頻光的增透膜系(其中1/λ 2=1/λ 1+1/λ 1);非線性倍頻 晶體按基頻光波長λ 1的倍頻相位匹配方向切割，使得波長λ 1在非線性倍頻晶體中共線 傳播時滿足相位匹配關系！^/入？二！^/入！+！^/入丨，其中！^，！^分別為λ ，λ 2波長的光 在非線性倍頻晶體中傳播時的折射率；激光晶體靠近泵浦源一端所鍍制的基頻光高反膜和 泵浦光增透膜作為諧振腔的一個腔鏡，并分別與反射鏡和輸出鏡形成基頻光的諧振腔，V型 腔兩個臂的夾角為5° < θ <15°，基頻光在激光晶體內進行增益，非線性倍頻晶體放置 在反射鏡和輸出鏡之間高斯光束的光腰處，與腔內插入的布氏片和全波片構成復合雙折射 濾光片，腔內插入選模光闌。所述的V型腔內插入布氏片和全波片位于激光晶體與可調光闌之間，布氏片、全 波片和激光晶體構成復合雙折射濾光片。所述的V型腔內插入可調光闌，可調光闌位于輸出鏡與倍頻晶體之間，用于抑制 其它模式振蕩，保證激光輸出基橫模。本實用新型的積極效果是采用V型駐波腔結構，腔內插入布氏片與全波片和倍頻 晶體構成復合雙折射濾光片，腔內插入選模光闌，配合適當的腔長參數實現了單縱模輸出， 優(yōu)點是該V型駐波腔結構適合更廣波段范圍內的單頻激光輸出，且易于調節(jié)，不需要昂貴 器件，突破了傳統(tǒng)駐波腔腔長限制，效率與選頻兼顧，而且由于采用的是V型結構，減小了 整個系統(tǒng)的體積，為實現小型化、高效化、產品化的單頻激光輸出打下基礎。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述如圖1所示，一種新型結構的連續(xù) 波單頻全固態(tài)激光器，由半導體激光器1、半導體激光器座2、光學耦合鏡組3、光學耦合鏡 組座4、激光晶體5、激光晶體座6、布氏片7、布氏片座8、全波片9、全波片座10、反射鏡11、 反射鏡座12、倍頻晶體13、倍頻晶體座14、可調光闌15、輸出鏡16、輸出鏡座17、基板18、外 殼19組成；其中半導體激光器1固定于銅制的半導體激光器座2上，光學耦合鏡組3固定 于光學耦合鏡組座4中，激光晶體5固定在激光晶體座6內，布氏片7固定在布氏片座8上， 全波片9固定在全波片座10上，反射鏡11固定在反射鏡座12上、倍頻晶體13固定在倍頻 晶體座14上，輸出鏡16固定在鋁制的輸出鏡座17上；半導體激光器座2、光學耦合鏡組座 4、激光晶體座6、布氏片座8、全波片座10、反射鏡座12、倍頻晶體座14、可調光闌15、輸出 鏡座17均固定在基板18上，罩在外殼19中；其特征在于在激光器的光路中激光晶體和全 波片之間安裝有布氏片；輸出鏡與反射鏡對稱布置，可調光闌安裝在全波片與輸出鏡間，反 射鏡的光路中布置倍頻晶體成V型駐波腔結構；其中設泵浦光與基頻光的波長分別為λ p， λ 1，固定在銅制半導體激光器座2上的半導體激光器1發(fā)射與激光晶體5吸收譜相對應波 長的激光，波長為λ ρ，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座4中的泵浦光學耦合鏡組3注入到 激光晶體5中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，激光晶體5的兩個通 光面，靠近半導體激光器1的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系和對λ 1波長基頻 光的高反膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光和λ 1波長基頻光的增透膜系；布氏片7按入1 波長泵浦光的布氏角擺放；中心波長為λ 1的全波片9雙面鍍對λ 1波長基頻光的增透膜 系；反射鏡11靠近倍頻晶體13的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍頻光λ 2 的高反膜系；輸出鏡16靠近可調光闌15的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍 頻光λ 2的增透膜系，另一端鍍入2波長倍頻光的增透膜系(其中1/入2=1/入1+1/入1);非 線性倍頻晶體13按基頻光波長λ 1的倍頻相位匹配方向切割，使得波長λ 1在非線性倍頻 晶體13中共線傳播時滿足相位匹配關系η2/λ 2=η1/λ l+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1， λ 2波長的光在非線性倍頻晶體13中傳播時的折射率；激光晶體5靠近泵浦源一端所鍍制 的基頻光高反膜和泵浦光增透膜作為諧振腔的一個腔鏡，并分別與反射鏡11和輸出鏡16 形成基頻光的諧振腔，V型腔兩個臂的夾角為越小越好，一般為5° < θ <15°?；l光 在激光晶體5內進行增益，非線性倍頻晶體13放置在反射鏡11和輸出鏡16之間高斯光束 的光腰處，與腔內插入的布氏片7和全波片9構成復合雙折射濾光片，腔內插入選模光闌 15，配合適當的腔長參數實現了高效率的單頻激光輸出。當本實用新型選擇輸出的單頻激光波長為473nm時，半導體激光器1為發(fā)射與激 光晶體5Nd =YAG晶體吸收相對應的808nm波長激光的半導體激光器，固定在銅制的半導體 激光器座2上；泵浦光學耦合鏡組3固定在鋁制的泵浦光學耦合鏡組座4中，泵浦光學耦合 鏡組3兩端均鍍808nm泵浦光的增透膜系；激光晶體5為Nd =YAG晶體，可吸收半導體激光 器1發(fā)射的808nm波長激光后發(fā)射基頻946nm波長的基頻光，兩個通光表面鍍膜情況如下 靠近泵浦光學耦合鏡組3的一端鍍808nm泵浦光的增透膜系和946nm基頻光的高反膜系，另一端鍍808nm泵浦光和946nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的激光晶體座6上；布氏片 7按布氏角55. 4°擺放，全波片9的兩端鍍946nm基頻光的增透膜系，固定在全波片座10 上；反射鏡U靠近非線性倍頻晶體13的一端鍍946nm基頻光和473nm倍頻光的高反膜系， 固定在反射鏡座12中；非線性倍頻晶體13為I類角度相位匹配的LBO晶體，兩個表面均鍍 946nm基頻光和473nm倍頻光的增透膜系，固定在倍頻晶體座14中；輸出鏡16的鍍膜情況 如下靠近可調光闌15的一端鍍946nm的高反膜系和473nm的增透膜系，另一端鍍473nm 的增透膜系，固定在鋁制的輸出鏡座17內。半導體激光器座2、光學耦合鏡組座4、激光晶 體座6、布氏片座8、全波片座10、反射鏡座12、倍頻晶體座14、可調光闌15、輸出鏡座17均 固定在基板18上，罩在外殼19中。由激光晶體5、反射鏡11、輸出鏡16構成946nm基頻光的諧振腔，非線性倍頻晶體 13放置在反射鏡11、輸出鏡16之間的光路中，V型腔兩個臂的夾角為10°。半導體激光器1發(fā)射與激光晶體5Nd =YVO4晶體吸收相對應的808nm波長激光，通 過泵浦光學耦合鏡組3注入激光晶體5Nd =YVO4中；激光晶體5Nd =YVO4吸收半導體激光器 1發(fā)射的激光后發(fā)射基頻946nm波長的熒光；946nm波長的熒光在由激光晶體5、反射鏡11、 輸出鏡16構成946nm基頻光的諧振腔中形成振蕩，形成基頻946nm波長的激光。通過布氏片7、全波片9和非線性倍頻晶體13構成復合雙折射濾光片，全波片9和 非線性倍頻晶體13兩種雙折射晶體，在兼顧倍頻效率的同時對布氏片7起偏的基頻光產生 偏轉效應，布氏片7對不同偏振方向縱模的選擇性損耗，抑制了部分縱模的形成、腔內插入 選模光闌15抑制其他橫模的產生，配合適當的腔長參數和最終實現了二倍頻473nm波長的 單頻激光經由輸出鏡16輸出腔外。當本實用新型選擇輸出的單頻激光波長為457nm時，半導體激光器1為發(fā)射與激 光晶體5Nd =YVO4晶體吸收相對應的808nm波長激光的半導體激光器，固定在銅制的半導體 激光器座2上；泵浦光學耦合鏡組3固定在鋁制的泵浦光學耦合鏡組座4中，泵浦光學耦合 鏡組3兩端均鍍808nm泵浦光的增透膜系；激光晶體5為Nd =YVO4晶體，可吸收半導體激光 器1發(fā)射的808nm波長激光后發(fā)射基頻914nm波長的基頻光，兩個通光表面鍍膜情況如下 靠近泵浦光學耦合鏡組3的一端鍍808nm泵浦光的增透膜系和914nm基頻光的高反膜系， 另一端鍍808nm泵浦光和914nm基頻光的增透膜系，固定在鋁制的激光晶體座6上；布氏片 7按布氏角55.5°擺放，固定在布氏片座8上；全波片9的兩端鍍914nm基頻光的增透膜系， 固定在全波片座10上；反射鏡11靠近非線性倍頻晶體13的一端鍍914nm基頻光和457nm 倍頻光的高反膜系，固定在反射鏡座12中；非線性倍頻晶體13為I類角度相位匹配的LBO 晶體，兩個表面均鍍914nm基頻光和457nm倍頻光的增透膜系，固定在倍頻晶體座14中；輸 出鏡16的鍍膜情況如下靠近可調光闌15的一端鍍914nm的高反膜系和457nm的增透膜 系，另一端鍍457nm的增透膜系，固定在鋁制的輸出鏡座17內。半導體激光器座2、光學耦 合鏡組座4、激光晶體座6、布氏片座8、全波片座10、反射鏡座12、倍頻晶體座14、可調光闌 15、輸出鏡座17均固定在基板18上，罩在外殼19中。由激光晶體5、反射鏡11、輸出鏡16構成914nm基頻光的諧振腔，非線性倍頻晶體 13放置在反射鏡11、輸出鏡16之間的光路中，V型腔兩個臂的夾角為10°。半導體激光器1發(fā)射與激光晶體5Nd =YVO4晶體吸收相對應的808nm波長激光，通 過泵浦光學耦合鏡組3注入激光晶體5Nd =YVO4中；激光晶體5Nd =YVO4吸收半導體激光器1發(fā)射的激光后發(fā)射基頻9Hnm波長的熒光；914nm波長的熒光在由激光晶體5、反射鏡11、 輸出鏡16構成914nm基頻光的諧振腔中形成振蕩，形成基頻914nm波長的激光。 通過布氏片7、全波片9和非線性倍頻晶體13構成復合雙折射濾光片，全波片9和 非線性倍頻晶體13兩種雙折射晶體，在兼顧倍頻效率的同時對布氏片7起偏的基頻光產生 偏轉效應，布氏片7對不同偏振方向縱模的選擇性損耗，抑制了部分縱模的形成、腔內插入 選模光闌15抑制其他橫模的產生，配合適當的腔長參數和最終實現了二倍頻457nm波長的 單頻激光經由輸出鏡16輸出腔外。
權利要求1.一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，由半導體激光器、半導體激光器座、光學 耦合鏡組、光學耦合鏡組座、激光晶體、激光晶體座、布氏片、布氏片座、全波片、全波片座、 反射鏡、反射鏡座、倍頻晶體、倍頻晶體座、可調光闌、輸出鏡、輸出鏡座、基板、外殼組成；其 中半導體激光器固定于銅制的半導體激光器座上，光學耦合鏡組固定于光學耦合鏡組座 中，激光晶體固定在激光晶體座內，布氏片固定在布氏片座上，全波片固定在全波片座上， 反射鏡固定在反射鏡座上、倍頻晶體固定在倍頻晶體座上，輸出鏡固定在鋁制的輸出鏡座 上；半導體激光器座、光學耦合鏡組座、激光晶體座、布氏片座、全波片座、反射鏡座、倍頻 晶體座、可調光闌、輸出鏡座均固定在基板上，罩在外殼中；其特征在于在激光器的光路 中激光晶體和全波片之間安裝有布氏片；輸出鏡與反射鏡對稱布置，可調光闌安裝在全波 片與輸出鏡間，反射鏡的光路中布置倍頻晶體成V型駐波腔結構；其中設泵浦光與基頻光 的波長分別為λ P，λ 1，固定在銅制半導體激光器座上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體吸 收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座中的泵浦光學耦合 鏡組注入到激光晶體中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，激光晶體 的兩個通光面，靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系和對λ 波 長基頻光的高反膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光和λ 1波長基頻光的增透膜系；布氏片 按λ 1波長泵浦光的布氏角擺放，θ λ^arctgn1 (其中Ii1為布氏片相對于λ 1波長的折射 率)；中心波長為λ 1的全波片雙面鍍對λ 1波長基頻光的增透膜系；反射鏡靠近倍頻晶體 的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍頻光λ 2的高反膜系；輸出鏡靠近可調光 闌的一端鍍膜為λ 1波長基頻光的高反膜系以及倍頻光λ 2的增透膜系，另一端鍍λ2波 長倍頻光的增透膜系(其中1/λ 2=1/λ 1+1/λ 1)；非線性倍頻晶體按基頻光波長λ 1的倍 頻相位匹配方向切割，使得波長λ 1在非線性倍頻晶體中共線傳播時滿足相位匹配關系 η2/λ 2=η1/λ l+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1，λ 2波長的光在非線性倍頻晶體中傳播時 的折射率；激光晶體靠近泵浦源一端所鍍制的基頻光高反膜和泵浦光增透膜作為諧振腔的 一個腔鏡，并分別與反射鏡和輸出鏡形成基頻光的諧振腔，V型腔兩個臂的夾角為5° < θ < 15°，基頻光在激光晶體內進行增益，非線性倍頻晶體放置在反射鏡和輸出鏡之間高斯 光束的光腰處，與腔內插入的布氏片和全波片構成復合雙折射濾光片，腔內插入選模光闌。
2.根據權利要求1所述的一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，其特征在于所述 的V型腔內插入布氏片和全波片位于激光晶體與可調光闌之間，布氏片、全波片和，非線性 倍頻晶體構成復合雙折射濾光片。
3.根據權利要求1所述的一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，其特征在于所述 的V型腔內插入可調光闌，可調光闌位于輸出鏡與倍頻晶體之間，用于抑制其它模式振蕩， 保證激光輸出基橫模。
專利摘要本實用新型涉及一種新型結構的連續(xù)波單頻全固態(tài)激光器，其特征在于在激光器的光路中激光晶體和全波片之間安裝有布氏片；輸出鏡與反射鏡對稱布置，可調光闌安裝在全波片與輸出鏡間，反射鏡的光路中布置倍頻晶體成V型駐波腔結構；腔內插入的布氏片與全波片和倍頻晶體構成復合雙折射濾光片，全波片和非線性倍頻晶體兩種雙折射晶體，在兼顧倍頻效率的同時對布氏片起偏的基頻光產生偏轉效應，布氏片對不同偏振方向縱模的選擇性損耗，抑制了部分縱模的形成、腔內插入選模光闌抑制其他橫模的產生，配合適當的腔長參數和最終實現了單頻激光經由輸出鏡輸出腔外。其易于調節(jié)，突破了傳統(tǒng)駐波腔腔長限制，效率與選頻兼顧，而且由于采用的是V型結構，減小了整個系統(tǒng)的體積，為實現小型化、高效化、產品化的單頻激光輸出打下基礎。
文檔編號H01S3/106GK201877672SQ20102063374
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者曲大鵬, 鄧巖, 鄭權 申請人:長春新產業(yè)光電技術有限公司