高效寬溫半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可寬溫使用的半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻全固態(tài)激光器設(shè)計(jì)。它包括通過在兩塊相同的非線性晶體中插入一塊對基頻光和倍頻光有明顯色散的光學(xué)晶體分束基頻光和倍頻光，或在激光晶體和非線性晶體加入倍頻光波片這兩種方式，改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)，避免由激光晶體反射回來的倍頻光繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化。通過上述方法可以實(shí)現(xiàn)高效寬溫半導(dǎo)體泵浦腔內(nèi)倍頻固體激光器。
【專利說明】高效寬溫半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻固體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種可寬溫使用的紅、綠、藍(lán)全固態(tài)腔內(nèi)倍頻激光器設(shè)計(jì)，本發(fā)明屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]一般的全固態(tài)腔內(nèi)倍頻紅、藍(lán)、綠光器的結(jié)構(gòu)如圖1，圖4所示，圖1顯示了一般全固態(tài)腔內(nèi)倍頻激光器的分離式基本結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體泵浦源101、耦合透鏡102、激光腔后腔鏡103、激光晶體104、非線性晶體105、激光輸出鏡106。耦合透鏡102兩面鍍泵浦光增透膜，激光腔后腔鏡103鍍有泵浦光增透，基頻光全反膜，激光晶體104前端面鍍有基頻光增透，后端面鍍有基頻光增透，倍頻光全反膜，非線性晶體105兩端面鍍基頻光，倍頻光雙波長增透膜，輸出鏡106鍍基頻光全反，倍頻光增透膜。圖2顯示半導(dǎo)體泵浦激光晶體，非線性晶體光膠合晶體的腔內(nèi)倍頻激光器一般結(jié)構(gòu)，包括，半導(dǎo)體泵浦源111、耦合透鏡112、激光晶體與非線性晶體光膠合晶體113。耦合透鏡雙端面鍍泵浦光增透膜，膠合晶體前端面鍍泵浦光全透，基頻光、倍頻光全反膜，后端面鍍基頻光全反、倍頻光全透膜。由于有一部分倍頻光往返于非線性晶體，使得同尺寸的非線性晶體的溫寬只有腔外的1/3到1/2，相同非線性晶體的溫寬與其通光方向的長度成反比，又由于諧波轉(zhuǎn)化效率與長度成正比，這就使得激光器在不控溫的條件下只能在很小的溫度范轉(zhuǎn)內(nèi)正常使用，或加控溫時(shí)加大了控溫的要求，這大大的限制了激光器的應(yīng)用范圍和工作穩(wěn)定性。對于單個(gè)半導(dǎo)體源泵浦結(jié)構(gòu)，激光晶體和非線性晶體的通光方向的面被切成了正方形，由于半導(dǎo)體制冷片一般為薄片結(jié)構(gòu)，當(dāng)所設(shè)計(jì)的激光器需要半導(dǎo)體制冷片制冷時(shí)，這就加大了激光器的裝配難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種可寬溫使用的半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻全固態(tài)激光器設(shè)計(jì)，它包括通過在兩塊相同的非線性晶體中插入一塊對基頻光和倍頻光有明顯色散的光學(xué)晶體分束基頻光和倍頻光，或在激光晶體和非線性晶體加入倍頻光波片這兩種方式，改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)，避免由激光晶體反射回來的倍頻光繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化。
[0004]泵浦源半導(dǎo)體激光器為陣列形式，激光晶體為:Nd: YVO4或者Nd: GdVO4或者Nd: YAP或者Nd:YLF等各向異性晶體，激光晶體對泵浦光的偏振吸收使得諧振腔內(nèi)基頻光偏振起振，色散晶體選擇各向同性光學(xué)晶體，光學(xué)波片同時(shí)為基頻光全波片和倍頻光1/4波片，非線性晶體可為LB0、ΒΒ0, BIBO等非線性晶體或者PPLN、PPLT, PPSLT等周期極化反轉(zhuǎn)晶體。非線性相位匹配方式為I類相位匹配，激光晶體和非線性晶體光軸同向，光學(xué)波片光軸方向與激光晶體和非線性晶體光軸呈45度，改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)，旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)與非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光偏振態(tài)垂直，避免其繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化激光晶體。非線性晶體、光學(xué)波片、色散晶體都做成薄片或者波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。[0005]改變倍頻光光路方式:該激光器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光器、激光晶體、非線性晶體、色散晶體、非線性晶體。二塊非線性晶體由一塊晶體從中斜切割而成，中間色散晶體通光面斜度等于非線性晶體斜切割方向。激光晶體、色散晶體、非線性晶體也可光膠在一起。激光晶體前端面鍍有泵浦光增透、基頻光全反膜，后端面鍍有基頻光增透、倍頻光全反膜，第一塊非線性晶體兩端面、色散晶體、第二塊非線性晶體前端面鍍基頻光、倍頻光雙波長增透膜，第二塊非線性晶體后端面鍍基頻光全反、倍頻光增透膜。激光晶體的長度根據(jù)Nd摻雜濃度和對泵浦光的吸收系數(shù)選擇，非線性晶體的長度根據(jù)非線性轉(zhuǎn)化有效性系數(shù)，相應(yīng)倍頻方式相位匹配溫寬選擇。
[0006]改變倍頻光偏振態(tài)方式:該激光器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光器、激光晶體、非線性晶體、光學(xué)波片、非線性晶體。激光晶體、光學(xué)波片、非線性晶體也可光膠在一起。激光晶體前端面鍍有泵浦光增透，基頻光全反膜，后端面鍍有基頻光增透、倍頻光全反膜，光學(xué)波片雙面鍍基頻光、倍頻光雙波長增透膜，非線性晶體前端面鍍基頻光、倍頻光雙波長增透膜，后端面鍍基頻光全反、倍頻光增透膜。激光晶體的長度根據(jù)Nd摻雜濃度和對泵浦光的吸收系數(shù)選擇，非線性晶體的長度根據(jù)非線性轉(zhuǎn)化有效性系數(shù)，相應(yīng)倍頻相位匹配方式倍頻溫寬選擇。
[0007]本發(fā)明的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容是在兩塊相同的非線性晶體中插入一塊對基頻光和倍頻光有明顯色散的光學(xué)晶體分束基頻光和倍頻光，或在激光晶體和非線性晶體加入倍頻光波片，改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)兩種方式，避免由激光晶體反射回來的倍頻光繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化。增加激光器穩(wěn)定工作的溫寬，以及采用半導(dǎo)體陣列泵浦方式，激光晶體，非線性晶體，各光學(xué)晶體都采用平板式結(jié)構(gòu)極大的方便了激光腔的控溫。激光晶體，非線性晶體和各光學(xué)晶體連接方式可以是分離固定或光膠或鍵合。
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為一般分離式全固態(tài)腔內(nèi)倍頻激光器的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一般半導(dǎo)體泵浦激光晶體和非線性晶體光膠合晶體的腔內(nèi)倍頻激光器基本結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入色散晶體改變倍頻光光路方式全固態(tài)激光器基本結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入色散晶體改變往返倍頻光光路方式全固態(tài)激光器三維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入色散晶體改變往返倍頻光光路方式全固態(tài)激光器中色散晶體分束基頻光與倍頻光示意圖；
圖6為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入光學(xué)波片改變往返倍頻光偏振態(tài)方式全固態(tài)激光器基本結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入光學(xué)波片改變往返倍頻光偏振態(tài)方式全固態(tài)激光器三維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入光學(xué)波片改變往返倍頻光偏振態(tài)方式全固態(tài)激光器各晶體光軸方向不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0011]具體實(shí)施例1
本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入色散晶體改變倍頻光光路方式全固態(tài)激光器的實(shí)施方式，參見圖3,該實(shí)施例包括:激光器結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器201、激光晶體202、第一塊非線性晶體203、色散晶體204、第二塊非線性晶體205。二塊非線性晶體由一塊晶體從中斜切割而成，中間色散晶體通光面斜度等于非線性晶體斜切割方向。激光晶體、色散晶體、非線性晶體也可光膠在一起。激光晶體可以為NchYVO4，色散晶體為色散明顯各向光學(xué)性質(zhì)同性的光學(xué)晶體YAG，非線性晶體為LB0，非線性相位匹配方式為I類相位匹配，激光晶體和非線性晶體光軸同向。非線性晶體、光學(xué)波片、色散晶體都做成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這里以激光晶體使用Nd: YVO4,非線性晶體使用PPLN腔內(nèi)倍頻產(chǎn)生532nm為例:Nd: YVO4前端面鍍有808nm增透、1064nm全反膜,后端面鍍有1064nm增透、532nm全反膜,第一塊PPLN晶體兩端面、色散晶體、第二塊PPLN晶體前端面鍍1064nm、532nm雙波長增透膜，第二塊非線性晶體后端面鍍1064nm全反、532nm增透膜。為滿足室溫下相位匹配要求，周期性極化反轉(zhuǎn)周期選擇6.96微米。
[0012]具體實(shí)施例1三維圖參見圖4:激光器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光器211、激光晶體212、第一發(fā)塊非線性晶體213、色散晶體214、第二塊非線性晶體215。
[0013]具體實(shí)施例1中色散晶體腔內(nèi)分束基頻光與倍頻光參見圖5:第一發(fā)塊非線性晶體221、色散晶體222、第二塊非線性晶體223。腔內(nèi)振蕩基頻光224，正向通過色散晶體分離基頻光的倍頻光225，往返通過色散晶體分享基頻光的倍頻光226。
[0014]本發(fā)明半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻，插入光學(xué)波片改變往返倍頻光偏振態(tài)方式全固態(tài)激光器的實(shí)施方式，參見圖6，該實(shí)施例包括:激光器結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器301、激光晶體302、光學(xué)波片303、非線性晶體304。激光晶體、光學(xué)波片、非線性晶體也可光膠在一起。激光晶體可以為:Nd:YVO4，光學(xué)波片同時(shí)為基頻光全波片和倍頻光1/4波片，非線性晶體可LB0，非線性相位匹配方式為I類相位匹配，激光晶體和非線性晶體光軸同向。激光晶體和非線性晶體光軸同向，光學(xué)波片光軸方向與激光晶體和非線性晶體光軸呈45度。改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)，旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)與非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光偏振態(tài)垂直，避免其繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化。激光晶體、非線性晶體、光學(xué)波片、色散晶體都做波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這里以激光晶體使用Nd:YVO4，非線性晶體使用LBO腔內(nèi)倍頻產(chǎn)生457nm為例:Nd: YVO4前端面鍍有808nm、1064nm增透、914nm全反膜，后端面鍍有914nm、1064nm增透、457nm全反膜，光學(xué)波片雙面鍍有456nm、914nm增透膜，非線性晶體前端鍍有457nm、914nm雙波長增透膜，輸出面鍍鍍914nm全反、457nm增透膜.為滿足室溫下相位匹配要求，非線性晶體LBO切割方向?yàn)?Θ =90度、Φ=21.9度。
[0015]具體實(shí)施例2
三維圖參見圖8:激光器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光器311，激光晶體312，光學(xué)波片313，非線性晶體314。
[0016]與實(shí)施例1不同之處在于:具體實(shí)施例2各光學(xué)晶體的光軸方向參見圖8,光學(xué)波片323光軸方向與激光晶體322和非線性晶體324光軸呈45度。
【權(quán)利要求】
1.高效寬溫半導(dǎo)體陣列泵浦腔內(nèi)倍頻固體激光器，其特征在于:所述激光器包括LD陣列泵浦源、激光晶體、非線性晶體、色散片、光學(xué)波片，以及鍍在各晶體上的各膜系，在兩塊相同的非線性晶體中插入一塊對基頻光和倍頻光有明顯色散的各向同性的色散片分束基頻光和倍頻光，避免由激光晶體反射回來的倍頻光繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化，其中該激光腔結(jié)構(gòu)順序?yàn)?激光晶體、非線性晶體、色散晶體、非線性晶體。
2.根據(jù)權(quán)利I要求，其特征在于:在激光晶體和非線性晶體加入基頻光全波片、倍頻光1/4波片，改變返向基頻光通過非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光的偏振態(tài)，旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)與非線性晶體產(chǎn)生的倍頻光偏振態(tài)垂直，避免繼續(xù)參與非線性晶體內(nèi)的非線性耦合波轉(zhuǎn)化，其中該激光腔結(jié)構(gòu)順序?yàn)?激光晶體、光學(xué)波片、非線性晶體。
3.根據(jù)權(quán)利I要求，其特征在于:在泵浦光進(jìn)入激光晶體前端鍍有泵浦光增透膜，基頻光全反膜構(gòu)成激光腔后腔鏡，激光晶體后端鍍有基頻光增透，倍頻光全反膜，第一塊非線性晶體和色散片兩邊都鍍有基頻光、倍頻光增透膜，第二塊非線性晶體后端鍍有基頻光全反、倍頻光增透膜構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光腔輸出鏡。
4.根據(jù)權(quán)利2要求，其特征在于:在泵浦光進(jìn)入激光晶體前端鍍有泵浦光增透、基頻光全反膜構(gòu)成激光腔后腔鏡，激光晶體后端鍍有基頻光增透、倍頻光全反膜，光學(xué)波片兩邊鍍有基頻光和倍頻光增透膜，非線性晶體后端鍍有基頻光全反、倍頻光增透膜構(gòu)成腔內(nèi)倍頻激光腔輸出鏡。
5.根據(jù)權(quán)利I要求，其特征在于:激光晶體為向異性晶體，非線性晶體為非線性晶體或者周期極化反轉(zhuǎn)晶體，激光晶體與非線性晶體可做成薄片或者波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利I要求，其特征在于:兩塊非線性晶體由一塊晶體從中斜切割而成，中間色散晶體通光面斜度等于非線性晶體斜切割方向，激光晶體、非線性晶體、色散晶體、非線性晶體可分離或者也可光膠在一起。
7.根據(jù)權(quán)利2要求，其特征在于:激光晶體、光學(xué)波片和非線性晶體可分離或者也可光膠合在一起。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK103956641SQ201410206244
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】梁萬國, 鄒小林, 周煌, 馮新凱, 繆龍, 宋國才, 陳懷熹 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所