本公開的實(shí)施例涉及激光,具體涉及基于單一增益介質(zhì)和偏振分別控制的多波長可見光激光器。
背景技術(shù):
1、處于可見光波段的激光能被人眼所感知,在激光顯示、激光照明等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。此外,處于可見光波段的激光還能夠被大多數(shù)人體活性組織所吸收,在激光診斷、激光美容、激光醫(yī)療、基因排序、dna(deoxyribonucleic?acid,脫氧核糖核酸)檢測等眾多生命科學(xué)領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值。處于可見光波段的激光還能被許多離子或者原子及分子吸收,因而在激光光譜學(xué)方面也有著很好的應(yīng)用前景。
2、然而,目前能夠獲得可見光波段激光的方法卻非常有限。例如從液體或者氣體增益介質(zhì)可以獲得很少一部分可見光波段的激光,比如染料激光器,或者氬離子、氦氖等氣體激光器。從半導(dǎo)體激光二極管也可獲得藍(lán)光、綠光及紅光等可見光波段的激光。從固體激光器經(jīng)過倍頻或參量振蕩等非線性頻率轉(zhuǎn)換,也可獲得少部分的可見光波段的激光。這些方法獲得可見光波段的激光都存在一些缺點(diǎn),無法滿足實(shí)際場景的使用需求。
3、該背景技術(shù)部分中所公開的以上信息僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明構(gòu)思的背景的理解,并因此,其可包含并不形成本國的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開的內(nèi)容部分用于以簡要的形式介紹構(gòu)思,這些構(gòu)思將在后面的具體實(shí)施方式部分被詳細(xì)描述。本公開的內(nèi)容部分并不旨在標(biāo)識要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求的保護(hù)的技術(shù)方案的范圍。
2、本公開的一些實(shí)施例提出了一種基于單一增益介質(zhì)和偏振分別控制的多波長可見光激光器,包括:泵浦部分,包括激發(fā)光源,用于發(fā)出激光波長;集成增益反射鏡,用于對泵浦部分發(fā)出的激光波長進(jìn)行不同基頻波長的帶寬反射,并發(fā)射出不同基頻波長的多波長激光束,包括襯底和依次固定在襯底上的集成寬帶反射鏡、多波長基頻光發(fā)射區(qū)、芯片保護(hù)層、激發(fā)光波長增透層;偏振控制裝置,用于對集成增益反射鏡發(fā)射出的多波長激光束通過偏振態(tài)分開,得到多個(gè)不同偏振基頻波長的激光束,偏振控制裝置在入射面鍍有對偏振基頻波長一透過率高,且對偏振基頻波長二反射率高的膜層,以及在出射面鍍有對偏振基頻波長一透過率高的膜層;多個(gè)可見光波長產(chǎn)生部件,用于對偏振控制裝置輸出的不同偏振基頻波長的激光束,分別進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換,輸出不同可見光波長的激光束,包括偏振相位匹配非線性元件和可見光波長輸出鏡。
3、在一些實(shí)施例中,集成寬帶反射鏡由兩種折射率不同的折射層交替構(gòu)成,以提供包括基頻波長一和基頻波長二在內(nèi)的寬帶反射率;多波長基頻光發(fā)射區(qū)包括:基頻波長一發(fā)射層、激發(fā)光吸收層一、基頻波長二發(fā)射層、激發(fā)光吸收層二;其中,基頻波長一發(fā)射層與激發(fā)光吸收層一交替設(shè)置,構(gòu)成第一發(fā)射區(qū),基頻波長二發(fā)射層與激發(fā)光吸收層二交替設(shè)置,構(gòu)成第二發(fā)射區(qū)。
4、在一些實(shí)施例中,第一發(fā)射區(qū)位于集成寬帶反射鏡與第二發(fā)射區(qū)之間;激發(fā)光吸收層一和激發(fā)光吸收層二的組分不同,且激發(fā)光吸收層一對激發(fā)光源發(fā)出的激光波長的吸收系數(shù),大于激發(fā)光吸收層二對激發(fā)光源發(fā)出的激光波長的吸收系數(shù)。
5、在一些實(shí)施例中,多個(gè)可見光波長產(chǎn)生部件包括可見光波長一產(chǎn)生部件和可見光波長二產(chǎn)生部件;可見光波長一產(chǎn)生部件中的偏振相位匹配非線性元件一,在兩個(gè)通光端面均鍍有對基頻波長一和可見光波長一透過率高的膜層,以使偏振基頻波長一的激光束通過偏振相位匹配非線性元件一后,產(chǎn)生可見光波長一的激光束;可見光波長一產(chǎn)生部件中的可見光波長一輸出鏡,在入射面鍍有對偏振基頻波長一反射率高,且對可見光波長一透過率高的膜層,在出射面鍍有對可見光波長一透過率高的膜層。
6、在一些實(shí)施例中,可見光波長二產(chǎn)生部件中的偏振相位匹配非線性元件二,在兩個(gè)通光端面均鍍有對基頻波長二和可見光波長二透過率高的膜層,以使偏振基頻波長二的激光束通過偏振相位匹配非線性元件二后,產(chǎn)生可見光波長二的激光束;可見光波長二產(chǎn)生部件中的可見光波長二輸出鏡,在入射面鍍有對偏振基頻波長二反射率高,且對可見光波長二透過率高的膜層,在出射面鍍有對可見光波長二透過率高的膜層。
7、在一些實(shí)施例中,襯底的材料晶格常數(shù)與集成寬帶反射鏡和多波長基頻光發(fā)射區(qū)中的材料晶格常數(shù)相匹配;芯片保護(hù)層采用氧化性弱的材料;激發(fā)光波長增透層為對激發(fā)光源發(fā)出的激光波長透過率高的膜層。
8、在一些實(shí)施例中,泵浦部分還包括:匯聚透鏡一和匯聚透鏡二,其中,匯聚透鏡一位于激發(fā)光源與匯聚透鏡二之間;匯聚透鏡一的雙面鍍有對激發(fā)光源發(fā)出的激光波長透射率高的膜層,激發(fā)光源發(fā)出的光束經(jīng)過匯聚透鏡一后,變?yōu)槠叫泄馐?;匯聚透鏡二的雙面鍍有對激發(fā)光源發(fā)出的激光波長透射率高的膜層,由匯聚透鏡一出射的平行光束經(jīng)過匯聚透鏡二后,被聚焦到集成增益反射鏡上。
9、在一些實(shí)施例中,多波長可見光激光器還包括:散熱裝置,通過至少一層高導(dǎo)熱率的金屬薄板,與集成增益反射鏡的襯底相焊接,用于對集成增益反射鏡進(jìn)行散熱,其中,散熱裝置的散熱方式包括以下至少一種:通過散熱翅片的被動(dòng)散熱方式,或者通過風(fēng)冷或水冷的主動(dòng)散熱方式。
10、本公開的上述各個(gè)實(shí)施例具有如下有益效果:本公開的一些實(shí)施例的基于單一增益介質(zhì)和偏振分別控制的多波長可見光激光器,通過在集成增益反射鏡中設(shè)置寬帶反射鏡和多波長基頻光發(fā)射區(qū),來產(chǎn)生多波長基頻激光束。再通過偏振控制裝置將不同波長的基頻光分離,并分別進(jìn)行倍頻等控制,獲得不同波長的可見光激光輸出。這樣可以解決現(xiàn)有可見光激光器的波長單一,光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,穩(wěn)定性及可靠性較差,波長不可調(diào)諧等限制。從而可以顯著擴(kuò)展激光器的應(yīng)用范圍,滿足更多應(yīng)用場景的使用需求。
11、具體來說,從液體或者氣體增益介質(zhì)可以獲得很少一部分可見光波段的激光,比如染料激光器。但這種方法的效率極低,且染料一般有毒,不易存儲和維護(hù)。氬離子、氦氖等氣體激光器也能發(fā)出幾個(gè)處于可見光波段的激光。但是這些方法都需要高壓放電激勵(lì),穩(wěn)定性比較差,而且輸出功率也極其有限。另外,從半導(dǎo)體激光二極管也可獲得藍(lán)光、綠光及紅光等可見光波段的激光。這種方法的明顯不足是波段仍然比較單一,并且光束質(zhì)量很差,以至于無法直接應(yīng)用在許多實(shí)際場景。此外,從固體激光器經(jīng)過倍頻或參量振蕩等非線性頻率轉(zhuǎn)換,也可獲得少部分的可見光波段的激光。然而這種方法的缺點(diǎn)也是波長比較單一,效率比較低下,并且結(jié)構(gòu)還非常復(fù)雜,穩(wěn)定性、可靠性和便攜性等都不盡人意。
12、基于此,本公開的一些實(shí)施例的基于單一增益介質(zhì)和偏振分別控制的多波長可見光激光器,利用單一半導(dǎo)體增益介質(zhì),通過在集成增益反射鏡中設(shè)置寬帶反射鏡和多波長基頻光發(fā)射區(qū),能夠產(chǎn)生多波長基頻激光束。再通過偏振控制裝置將不同波長的基頻光分離。之后可以分別進(jìn)行倍頻等控制,從而獲得不同波長的可見光激光輸出。本公開的激光器可以在同一個(gè)激光器中,利用單一的增益介質(zhì),即可產(chǎn)生不同波長的可見光波段激光輸出。其發(fā)射波長可以通過改變增益介質(zhì)中相關(guān)部分的材料組分來進(jìn)行調(diào)節(jié),波長不僅連續(xù)可調(diào),而且波長的覆蓋范圍廣泛。因此可以在一定程度上取代染料激光器及氣體激光器,填補(bǔ)固體激光器所不能達(dá)到的波長空白區(qū)域。此外,本公開的激光器光學(xué)結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊,穩(wěn)定性和可靠性都優(yōu)于現(xiàn)有的其它類型可見光激光器,并能同時(shí)發(fā)射至少兩種激光波長,使其應(yīng)用范圍得到極大的提升和擴(kuò)展。