波長轉(zhuǎn)換激光元件及激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種波長轉(zhuǎn)換激光元件及激光器，屬于激光光源領(lǐng)域。該波長轉(zhuǎn)換激光元件包括：倍頻晶體，該倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。激光器包括：波長轉(zhuǎn)換激光元件，該波長轉(zhuǎn)換激光元件包括倍頻晶體，該倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。由于不同光柵周期對應(yīng)不同匹配溫度，本發(fā)明中波長轉(zhuǎn)換激光元件的倍頻晶體的每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域之間無空白區(qū)域，因而可在不增加倍頻晶體長度的前提下，實(shí)現(xiàn)寬溫度帶寬結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件，降低了實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度，提高了波長轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】波長轉(zhuǎn)換激光元件及激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光光源領(lǐng)域，特別涉及一種波長轉(zhuǎn)換激光元件及激光器。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光光源憑借其單色性好、方向性強(qiáng)和光亮度高的特點(diǎn)在工農(nóng)業(yè)生成和科學(xué)技術(shù) 的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?；诓ㄩL轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換激光器由于可以改變通過 其波長轉(zhuǎn)換元件的光源(基頻光）波長得到其它光源(倍頻光)，成為利用現(xiàn)有光源得到其它 光源的方法之一。由于連續(xù)改變波長轉(zhuǎn)換激光器的溫度均可以產(chǎn)生倍頻光，所以，在實(shí)際應(yīng) 用中希望可以增大波長轉(zhuǎn)換元件的溫度帶寬，以提高波長轉(zhuǎn)換效率。因此，如何實(shí)現(xiàn)寬溫度 帶寬結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件，是提高波長轉(zhuǎn)換激光器轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。
[0003] 目前，可以在波長轉(zhuǎn)換元件中倍頻晶體的縱方向制作多個光柵周期或者制作多個 扇形周期，每個光柵周期對應(yīng)一個溫度帶寬，利用機(jī)械元件調(diào)節(jié)基頻光入射到縱方向的相 應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)增大溫度帶寬的目的；也可以在波長轉(zhuǎn)換元件中倍頻晶體的縱方向上制作多 個獨(dú)立的由多個相同光柵周期組成的極化區(qū)域，極化區(qū)域與極化區(qū)域之間具有一個空白區(qū) 域，每個極化區(qū)域?qū)?yīng)一個溫度帶寬，以多個溫度帶寬疊加作為非線性光學(xué)晶體的溫度帶 寬，實(shí)現(xiàn)增大溫度帶寬的目的。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)：
[0005] 對于制作多個光柵周期或者制作多個扇形周期的方法，為了實(shí)現(xiàn)增大溫度帶寬的 目的，需要先確定基頻光入射到縱方向的準(zhǔn)確位置，再利用機(jī)械元件調(diào)節(jié)基頻光入射到縱 方向的相應(yīng)位置，增加了實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換激光器的復(fù)雜度；對于在倍頻晶體的縱方向上制作 多個獨(dú)立的極化區(qū)域的方法，由于極化區(qū)域與極化區(qū)域之間具有一個空白區(qū)域，因此，導(dǎo)致 倍頻晶體的長度增加，從而增加基頻光在波長轉(zhuǎn)換中的吸收損耗，降低波長轉(zhuǎn)換效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種波長轉(zhuǎn)換激光元件及激光 器。所述技術(shù)方案如下：
[0007] -種波長轉(zhuǎn)換激光元件，所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括倍頻晶體；
[0008] 所述倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū) 域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。
[0009] 優(yōu)選地，各個極化區(qū)域具有相同的光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周 期按照相同順序無間隙排列。
[0010] 可選地，各個極化區(qū)域具有相同的光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周 期按照不同順序無間隙排列。
[0011] 優(yōu)選地，所述每個極化區(qū)域中多個光柵周期的長度不同。
[0012] 一種激光器，所述激光器包括波長轉(zhuǎn)換激光元件；
[0013] 所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括倍頻晶體，所述倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個 極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。
[0014] 優(yōu)選地，所述波長轉(zhuǎn)換元件包括的倍頻晶體中的各個極化區(qū)域具有相同的光柵周 期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照相同順序無間隙排列。
[0015] 可選地，所述波長轉(zhuǎn)換元件包括的倍頻晶體中的各個極化區(qū)域具有相同的光柵周 期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照不同順序無間隙排列。
[0016] 優(yōu)選地，所述倍頻晶體的每個極化區(qū)域中多個光柵周期的長度不同。
[0017] 優(yōu)選地，所述激光器為綠光激光器或藍(lán)光激光器或紅光激光器；
[0018] 所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括的倍頻晶體為周期極化鈮酸鋰PPLN晶體、摻鎂PPLN 晶體、周期極化鉭酸鋰PPLT晶體、摻鎂PPLT晶體、周期極化近化學(xué)計量比鈮酸鋰PPSLN晶 體、摻鎂PPSLN晶體、周期極化近化學(xué)計量比鉭酸鋰PPSLT晶體以及摻鎂PPSLT晶體中的一 種。
[0019] 優(yōu)選地，如果所述激光器為綠光激光器，所述倍頻晶體為PPLN晶體，則所述PPLN 晶體的光柵周期范圍設(shè)定在6. 9至7. 0微米之間，所述PPLN晶體的長度為1至3毫米。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0021] 波長轉(zhuǎn)換激光元件的倍頻晶體的每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域之 間無空白區(qū)域，因而可在不增加倍頻晶體長度的前提下，實(shí)現(xiàn)寬溫度帶寬結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換 元件，降低了實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度，提高了波長轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖。
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種波長轉(zhuǎn)換激光元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種極化區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種光柵周期排列的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例一
[0028] 參見圖1，本實(shí)施例提供了一種波長轉(zhuǎn)換激光元件，包括倍頻晶體101，該倍頻晶 體101中包括多個極化區(qū)域102,每個極化區(qū)域102包括多個光柵周期103,且極化區(qū)域102 與極化區(qū)域102之間無空白區(qū)域。
[0029] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中的倍頻晶體101是一種用于倍頻效應(yīng)的一 類非線性光學(xué)晶體，且具有非線性系數(shù)大、晶體長度短、轉(zhuǎn)換效率高、易大批量制造等優(yōu)點(diǎn)。 該倍頻晶體101采用通過在倍頻晶體101中形成自發(fā)極化方向交替變化的光柵，將其產(chǎn)生 的附加動量矢量引入到非線性頻率變換過程的動量守恒關(guān)系中實(shí)現(xiàn)相位匹配的準(zhǔn)相位匹 配技術(shù)，使所有互作用的光波都沿相同方向偏振，并利用倍頻晶體101的非線性系數(shù)中的 最大值實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
[0030] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中倍頻晶體101的極化區(qū)域102與極化區(qū)域 102之間無空白區(qū)域，保證了倍頻晶體101的吸收散射損耗不會發(fā)生改變，從而保證了倍頻 晶體101的轉(zhuǎn)換效率。
[0031] 本實(shí)施例中，波長轉(zhuǎn)換激光元件中的每個極化區(qū)域102包括的多個光柵周期103 的長度不同。例如，極化區(qū)域102包括圖2所示的Λ 1、Λ2和Λ3的3個光柵周期，其光柵 周期的長度分別為6. 95 μ m (微米)、6. 96 μ m和6. 97 μ m。
[0032] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中極化區(qū)域102包括的多個光柵周期103之間 無空白區(qū)域，且包括的光柵周期103數(shù)量為3-5個，除此之外，還可以為其它數(shù)量，本實(shí)施例 不作具體限定。
[0033] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中極化區(qū)域102包括的多個光柵周期103的長 度不同，而不同長度的光柵周期103對應(yīng)不同的最佳匹配溫度，因此，多個長度的光柵周期 可以形成多個溫度帶寬的疊加，多個溫度帶寬的疊加形成寬溫度帶寬，從而增大了倍頻晶 體101的溫度帶寬。以圖2中Λ1的溫度范圍為30°C (攝氏度)?40°C，Λ2的溫度范圍為 25°C?35°C，Λ3的溫度范圍為20°C?30°C為例，該倍頻晶體的溫度帶寬為20°C?40°C。 除此之外，波長轉(zhuǎn)換激光元件中極化區(qū)域102包括的多個光柵周期的長度也可以相同，從 而形成單一溫度帶寬的倍頻晶體101，對此本實(shí)施例不作具體限定。
[0034] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中極化區(qū)域102包括的多個不同光柵周期103 的長度相近，使得極化區(qū)域102最佳匹配溫度變化小，從而減少了倍頻晶體101轉(zhuǎn)換效率變 化。因而該倍頻晶體101在溫度帶寬增大的同時，保證了最佳的轉(zhuǎn)換效率。仍以圖2中Λ1 的溫度范圍為301：(攝氏度）?401：，人2的溫度范圍為251：?351：，人3的溫度范圍為 20°C?30°C為例，該倍頻晶體在溫度范圍20°C?40°C內(nèi)均可以實(shí)現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)換效率。
[0035] 本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換激光元件中極化區(qū)域102包括的多個光柵周期103的 長度相近，使得倍頻晶體101的整體長度不變。例如，倍頻晶體101的整體長度為1_ (毫 米）?3mm η
[0036] 本實(shí)施例中，波長轉(zhuǎn)換激光元件中的各個極化區(qū)域102具有相同的光柵周期103， 且每個極化區(qū)域102包括的各個光柵周期103按照相同順序無間隙排列或者每個極化區(qū)域 102包括的各個光柵周期103按照不同順序無間隙排列。例如，極化區(qū)域102包括的各個光 柵周期103按照圖3 (a)所示的相同的Λ 1Λ2Λ3順序無間隙排列，或者極化區(qū)域102包 括的各個光柵周期103按照圖3 (b)所示的不同的人1人2人3、人2人1人3、人1人3人2順序 無間隙排列。當(dāng)然，光柵周期103的排序方式還可以為其它方式，本實(shí)施例對此不作具體限 定。
[0037] 本實(shí)施例提供的波長轉(zhuǎn)換激光元件，通過波長轉(zhuǎn)換激光元件的倍頻晶體的每個極 化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域之間無空白區(qū)域，因而可在不增加倍頻晶體長度的 前提下，實(shí)現(xiàn)寬溫度帶寬結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件，降低了實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度，提高了波長 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率。
[0038] 實(shí)施例二
[0039] 本實(shí)施例提供了一種激光器，包括實(shí)施例一中提供的波長轉(zhuǎn)換激光元件，波長轉(zhuǎn) 換激光元件包括倍頻晶體，該倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化區(qū)域包括多個光柵 周期，且極化區(qū)域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。
[0040] 本實(shí)施例中，激光器的波長轉(zhuǎn)換激光元件包括的倍頻晶體中的每個極化區(qū)域包括 的多個光柵周期的長度不同。但波長轉(zhuǎn)換激光元件包括的倍頻晶體中的各個極化區(qū)域具有 相同的光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照相同順序無間隙排列，或者每 個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照不同順序無間隙排列。
[0041] 本實(shí)施例涉及的激光器是發(fā)射激光的裝置，該裝置通過波長轉(zhuǎn)換激光元件使輸入 的基頻光轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅谋额l光。
[0042] 本實(shí)施例中，激光器的波長轉(zhuǎn)換元件包括的倍頻晶體為PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate，周期極化銀酸鋰）晶體、慘緩 PPLN 晶體、PPLT (Periodically Poled Lithium Tantalate，周期極化組酸鋰）晶體、慘緩 PPLT 晶體、PPSLN (Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate，周期極化近化學(xué)計量比銀酸鋰)晶體、慘緩PPSLN 晶體、PPSLT (Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate，周期極化近化學(xué) 計量比鉭酸鋰）晶體以及摻鎂PPSLT晶體中的一種。除此之外，倍頻晶體還可以為其它晶 體，對此本實(shí)施例不作具體限定。
[0043] 本實(shí)施例涉及的激光器的波長轉(zhuǎn)換激光元件包括的倍頻晶體中的每個極化區(qū)域 包括的多個光柵周期隨著輸入的基頻光的不同而改變，但該多個光柵周期需要滿足基頻光 與倍頻光的準(zhǔn)相位匹配條件。以綠光激光器，倍頻晶體為PPLN晶體為例，光柵周期范圍設(shè) 定在6. 9 μ m?7. 0 μ m之間，PPLN晶體的長度為1mm?3mm。除此之外，本實(shí)施例中的激光 器還可以為藍(lán)光激光器或紅光激光器。對于藍(lán)光激光器或紅光激光器的光柵周期及晶體長 度可以根據(jù)其基頻光與倍頻光的準(zhǔn)相位匹配條件設(shè)定為其它數(shù)值，本實(shí)施例對此不作具體 限定。
[0044] 本實(shí)施例提供的激光器，通過波長轉(zhuǎn)換激光元件的倍頻晶體的每個極化區(qū)域包括 多個光柵周期，且極化區(qū)域之間無空白區(qū)域，因而可在不增加倍頻晶體長度的前提下，實(shí)現(xiàn) 寬溫度帶寬結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件，降低了實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度，提高了波長轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 效率。
[〇〇45] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種波長轉(zhuǎn)換激光元件，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括倍頻晶體； 所述倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域與 極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換激光元件，其特征在于，各個極化區(qū)域具有相同的 光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照相同順序無間隙排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換激光元件，其特征在于，各個極化區(qū)域具有相同的 光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照不同順序無間隙排列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的波長轉(zhuǎn)換激光元件，其特征在于，所述每個極化區(qū)域中多 個光柵周期的長度不同。
5. -種激光器，其特征在于，所述激光器包括波長轉(zhuǎn)換激光元件； 所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括倍頻晶體，所述倍頻晶體中包括多個極化區(qū)域，每個極化 區(qū)域包括多個光柵周期，且極化區(qū)域與極化區(qū)域之間無空白區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換元件包括的倍頻晶體中 的各個極化區(qū)域具有相同的光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照相同順序 無間隙排列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換元件包括的倍頻晶體中 的各個極化區(qū)域具有相同的光柵周期，且每個極化區(qū)域包括的各個光柵周期按照不同順序 無間隙排列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的激光器，其特征在于，所述倍頻晶體的每個極化區(qū)域中多 個光柵周期的長度不同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一權(quán)利要求所述的激光器，其特征在于，所述激光器為綠光 激光器或藍(lán)光激光器或紅光激光器； 所述波長轉(zhuǎn)換激光元件包括的倍頻晶體為周期極化鈮酸鋰PPLN晶體、摻鎂PPLN晶體、 周期極化鉭酸鋰PPLT晶體、摻鎂PPLT晶體、周期極化近化學(xué)計量比鈮酸鋰PPSLN晶體、摻 鎂PPSLN晶體、周期極化近化學(xué)計量比鉭酸鋰PPSLT晶體以及摻鎂PPSLT晶體中的一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光器，其特征在于，如果所述激光器為綠光激光器，所述 倍頻晶體為PPLN晶體，則所述PPLN晶體的光柵周期范圍設(shè)定在6. 9至7. 0微米之間，所述 PPLN晶體的長度為1至3毫米。
【文檔編號】H01S5/06GK104112977SQ201310131731
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】顏博霞, 王棟棟, 畢勇 申請人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司