專利名稱：激光諧振腔、激光器、激光器應(yīng)用設(shè)備及激光振蕩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子領(lǐng)域，具體地說，涉及激光諧振腔、激光器、激光器應(yīng)用設(shè)備和激光振蕩的方法，它們適用于激光打印機、光學(xué)成形設(shè)備、光盤驅(qū)動裝置、DNA定序器、粒子計數(shù)器等。
隨著先進信息通信時代的發(fā)展，為滿足改善記錄密度及高速打印的要求，需要改進計算機外圍激光應(yīng)用設(shè)備，如光盤驅(qū)動裝置和激光打印機等，使之采用短的波長。但是，對于商業(yè)化需求很迫切的藍色范圍(波長為400nm至480nm)的光源，只有氣體激光器，如He-Cd(氦-鎘)及Ar(氬)激光器是適用的，但它們笨重且耗能大。由于激光器笨重，裝有激光器并以其為光源的激光器應(yīng)用設(shè)備就要比激光器還大，于是，也就變得笨重。因此就存在這種激光器應(yīng)用設(shè)備不適合辦公室環(huán)境及生活環(huán)境的問題，這些情況下，臺式大小的設(shè)備才是最適合的。
另外，所存在的另一個問題是，由于激光器從輸入能源到激光束的轉(zhuǎn)換效率低，大部分能耗轉(zhuǎn)變成熱能，還需要冷卻裝置。所以激光應(yīng)用設(shè)備變得笨重。所存在的再一個問題是，由這種冷卻裝置的振動所引起的光的移位損害激光器應(yīng)用設(shè)備的可靠性。還有一個問題是由于因氣體等的變質(zhì)造成激器的工作壽命短，以致激光器應(yīng)用設(shè)備的使用壽命短。
為解決氣體激光器的上述問題，已采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，如二次諧波振蕩(以下簡稱“SHG”)進行了嘗試，所述二次諧波振蕩是通過將一個非線性光學(xué)晶體嵌入固體激光器的諧振腔中，以便把第一激光束(以下在某些情況下稱為“基波”)，即固體激光器的振蕩波轉(zhuǎn)換成波長為第一激光束波長之半的波，從而產(chǎn)生第二激光束。例如已經(jīng)提出一種固體激光器的SHG系統(tǒng)，其中TiAL2O3(Ti-藍寶石，以下簡稱“Ti-Sap”)或CrLiSrALF6(摻鉻的鋰鍶鋁氟化物，以下簡稱“LiSAF”)被用作能在800nm至900nm的波長范圍下振蕩的激光晶體。在SHG光源情況下，激光器工作物質(zhì)的工作壽命僅通過從氣體改變?yōu)楣虘B(tài)晶體就已大大得到改善。然而，后一種LiSAF激光器的激發(fā)光源是Kr(氪)激光器，即氣體激光器，因此，仍然保留有現(xiàn)有技術(shù)的那些問題。作為Ti-Sap激光器的激發(fā)光源，為了產(chǎn)生基波，采用一種使用Q-開關(guān)的NdYAG(摻釹釔鋁石榴石)激光器的綠色SHG激光器。于是，由于整個激光光源都已固體化，它的工作壽命得到改善。不過，由于采用兩種含激發(fā)光源的SHG激光器，致使所述設(shè)備變得復(fù)雜、笨重且耗能，因而不能明顯改善現(xiàn)有技術(shù)的問題。另外，由于SHG的輸出在兩種情況下都是脈沖輸出，當將其用于如光學(xué)成形設(shè)備和光盤驅(qū)動裝置這類激光器應(yīng)用設(shè)備時則有譬如信號中存在斷點的問題。
R.Scheps，J.F.Myers，H.B.Serreze，A.Rosenberg，R.C.Morris，和M.Long的《二極管抽運GrLiSrALF6激光器》(光學(xué)快報，1991年16卷11期第820頁)中已經(jīng)公開了可以用波長為670nm的紅色半導(dǎo)體激光器作為上述LiSAF激光器的激發(fā)光源進行激發(fā)。因此，可以認為能通過以半導(dǎo)體激光器代替Kr激光器作為采用上述LiSAF激光器的產(chǎn)生基波的SHG光源中的激發(fā)光源，以大大改善現(xiàn)有技術(shù)氣體激光器的尺寸、能耗和工作壽命問題。
但是，Qi Zhang，G.J.Dixon，B.H.Chai和P N.Ke an的《電子調(diào)諧二極管激光抽運CrLiSALF6激光器》(光學(xué)快報，1992年17卷1期第43頁)中公開了共振腔中的損失大大降低LiSAF激光器的效率。為此，如果不調(diào)查研究降低效率的原因，找到解決的辦法，實現(xiàn)的可能性是極小的。
正如前面所述者，Qi Zhang等人從LiSAF激光器的諧振腔取出一個雙折射濾光器，這是一個波長調(diào)諧元件，用以選擇LiSAF激光器的波長。一般地說，所述雙折射濾光器設(shè)置在能夠波長調(diào)諧的激光器如LiSAF激光器等的激光諧振腔中，并且具有通過給所有振蕩光束中除所需波長以外之波長的振蕩光束一種損失，如反射損失而選擇所需波長之激光束的功能。然后，Qi Zhang等人在LiSAF激光器的諧振腔之后附加一個專用于波長調(diào)諧的帶雙折射濾光器的諧振腔。也即，他們通過把具有所需波長的激光束反饋給LiSAF激光器的諧振腔并放大該激光束，提出不造成LiSAF激光器諧振腔所引起損失之調(diào)諧波長的裝置(USP 5,218,610)。Qi Zhang等人所關(guān)注的損失是由雙折射濾光器所引起的反射損失。雖然這種系統(tǒng)能矯正這種損失，但有可能這種設(shè)備可能會是復(fù)雜的而且是笨重的。
為解決現(xiàn)有技術(shù)的這些問題，還進行了另一種嘗試，把注意力放到這樣的事實上，即作為激光晶體之LiSAF晶體的不均勻能量吸收具有降低激光器振蕩效率的影響。這也就是使起吸收作用的Cr沿激發(fā)方向按不同濃度分布，以改善所述效率的降低(USP 5,287,373)。但是，這種方法至今不適用于商業(yè)應(yīng)用，其改善Qi Zhang等人所指出之問題的效果也是未知的。
如上所述，在F.Balembois等人所示的光學(xué)裝置中，利用Kr激光器作為激發(fā)光源，得到7.4mW的平均脈沖SHG激光輸出，和3.3W的平均脈沖激發(fā)功率。但是，如上所述，SHG激光輸出應(yīng)為連續(xù)波。盡管對每種設(shè)備各不相同，但所需要的輸出被認為是大約10mW。在單帶情況下，能夠激發(fā)LiSAF激光的商業(yè)半導(dǎo)體激光器的最大輸出為500mW。由于在固體激光器的輸入/輸出特性方面，一般地說基波輸出與激發(fā)輸出成正比，所以通過將激發(fā)光源從Kr激光器變?yōu)榘雽?dǎo)體激光器，基波的功率成為大約1/6。此外，由于SHG輸出與基波功率的平方成正比，所以預(yù)期的SHG輸出變成大約1/36，即0.2mW的脈沖輸出。因此，可以理解，如果不對所述效率作出較大改進，不能得到實際能用的SHG輸出。由于與Kr激光器相比，半導(dǎo)體激光器輸出光束的形狀，即橫模非常平，所以，即使應(yīng)用光束成形技術(shù)，也可預(yù)料到激發(fā)效率的變壞。因此，可以預(yù)期SHG輸出會進一步降低。
換句話說，很容易預(yù)料，簡單地通過把Kr激光器換成半導(dǎo)體激光器不能獲得具有特別充足輸出的SHG激光器光源。另外，如果今后得到具有高輸出的半導(dǎo)體激光器，那就需要強制冷卻機構(gòu)，因為半導(dǎo)體激光器自身所產(chǎn)生的熱量要增加。于是，仍有可能所述設(shè)備將會是笨重且耗能的。
如上所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)要想利用由半導(dǎo)體激光器激發(fā)的LiSAF激光器的SHG激光器，以便通過將此前已經(jīng)公開的內(nèi)容簡單地結(jié)合以解決氣體激光器的所有問題是困難的。所以，現(xiàn)在需要通過找出降低所述效率的原因并提出相應(yīng)解決措施，來得到一種尺寸小、節(jié)省能量的SHG激光源和采用這種SHG激光光源的激光器應(yīng)用設(shè)備。
還提出一種用來得到蘭色激光束作為第二振蕩波的方法，這是一種SH波，它來自一個具有與上述氣體激光器一樣的輸出波長的SHG光源，其中將

圖10所示的近紅外半導(dǎo)體激光器的輸出取作第一振蕩波，即基波，該基波在外部諧振腔內(nèi)諧振，并且將一種非線性光學(xué)的晶體(因為波長轉(zhuǎn)換均為對SHG而言的，下稱“SHG晶體”)KN(KNbO3鈮酸鉀)布置于所述外部諧振腔內(nèi)，用于得到蘭色激光束(W.J.Kozlovsky和W.Lenth的“由GaAlAs激光二極管倍頻產(chǎn)生41mW蘭色幅射”-應(yīng)用物理快報，1990年56卷23期第2291頁)。
不過上述SHG光源包含以下新的技術(shù)問題。其中之一是必須嵌入一個光學(xué)隔離器102，以保護所述半導(dǎo)體激光器免受反射光照，為的是經(jīng)常調(diào)整所述半導(dǎo)體激光器的振蕩波長，使所述波長變?yōu)镵N的轉(zhuǎn)換效率最大的波長值，其中上述這種半導(dǎo)體激光器易受干擾影響。另一問題是，應(yīng)當由一光學(xué)探測器105接受來自所述諧振腔的反射光，以便將包含KN的外部諧振腔的長度控制在基波波長的量級，并將光學(xué)探測器105的電輸出反饋給反饋電路106，以便穩(wěn)定地振蕩所述半導(dǎo)體激光器。因而可以預(yù)見，難于找到能使之商業(yè)化解決這些技術(shù)問題的辦法。在這種SHG光源中，可以預(yù)見難于解決上面兩個為商業(yè)化所面臨的技術(shù)問題，即將易受所述干擾影響的半導(dǎo)體激光器的振蕩波長控制在一個是KN的轉(zhuǎn)換效率成為最大的波長，和將包含KN的外部諧振腔的長度控制在基波波長的量級。
本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，利用波長控制元件，可將上面的LiSAF激光器用作寬帶波長可變激光器，并研究了一種用這種LiSAF激光器產(chǎn)生第一振蕩波(基波)，使非線性晶體產(chǎn)生具有蘭色范圍之SHG光作為第二振蕩波的方法，還發(fā)現(xiàn)了兩個問題。
第一個問題是，由于在所述激光諧振腔中除所述波長控制元件的透射波長范圍以外的波長范圍成為損耗，而且為了得到所需的SHG激光輸出，激發(fā)半導(dǎo)體激光器的輸出變大，所以振蕩閥值變高。圖11表示一個采用LiSAF晶體的半導(dǎo)體激光器激發(fā)的波長可變固體激光器(以下簡稱“LiSAF激光器”)的輸入/輸出特性。實線表示在存在波長控制元件情況下所述LiSAF激光器的輸入/輸出特性，而虛線表示在無波長控制元件情況下的輸入/輸出特性。所述波長控制元件由三個厚度不同的石英片制成，有如染料激光器和Ti蘭寶石激光器中所用的，可將透過這些石英片的波長縮小到3am或更窄的范圍，并能將激光振蕩波長的寬度控制在0.1nm或更小。從圖11可以看出，通過嵌入具有窄的透射波長范圍的波長控制元件，諧振腔中的損失增加，同時振蕩閾值成為10倍或更多，因此，由于要得到有如在未嵌入波長控制元件情況下同樣的輸出而需要10倍或更多的激發(fā)輸入，就需要一種大尺寸的半導(dǎo)體激光器，同時造成要在大的設(shè)備中去激發(fā)和冷卻該半導(dǎo)體激光器以及大的功率消耗。若不嵌入波長控制元件，則振蕩波長的寬度是大約10nm，這是嵌入波長控制元件情況下的100倍或更多。
第二個問題是諧振腔內(nèi)的損失變大且振蕩閾值變高，這是由于此前為得到蘭色SHG光已經(jīng)使用的非線性KN晶體具有0.4nm的窄的相位匹配波長半寬度(即在發(fā)生SHG波的情況下的相位波長寬度)，如圖12所示，和0.5％/cm的高傳播損失，因此就使得即使把KN晶體嵌入LiSAF激光器，也不能得到足夠的SH輸出。
再有一個問題，因為轉(zhuǎn)換效率成為最大的KN晶體的波長隨著溫度的變化而改變0.3nm/℃，所以如果不準確地控制KN晶體的溫度，就不能得到穩(wěn)定的輸出。
本發(fā)明人研究了諧振腔內(nèi)的損失，并發(fā)現(xiàn)這種損失由于某種原因與光學(xué)部件的開口的尺寸相聯(lián)系。名詞“開口”的意思是諧振腔中光學(xué)部件光學(xué)表面的有效截面。這就是說，可以認為若普通激光器中光學(xué)元件的開口大于激光束的直徑，則沒有問題。但本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在一個是新激光器的LiSAF激光器中，即使光學(xué)部件的開口的尺寸是正常的，也發(fā)生損失，并完成了本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明是一種包括含Cr的氟化物制成的激光晶體和至少一個光學(xué)部件的激光諧振腔，并且諧振腔中的一個開口基本為第一激光束直徑的5倍或更大，所述第一激光束是由激光晶體的振蕩輻射得到的。
圖13是用來說明這樣一種現(xiàn)象的曲線圖，即利用作為典型固體激光器的NdYVO4(摻釹的釩釔氧化物)激光器和LiSAF激光器的諧振腔中的開口使振蕩效率降低。實驗中所用諧振腔的形狀被示于圖13的上部。
所述諧振腔包括一個形成于激光晶體的端面上的平面反射鏡和一個凹鏡。振蕩光束的直徑由這些構(gòu)成諧振腔的反射鏡的曲率半徑以及這些反射鏡之間的距離來確定。在圖13上部所示的平-凹型諧振腔中，光束在平面反射鏡處的直徑最小，而在凹鏡處為最大。這里，凹鏡的曲率半徑是150mm，諧振腔的反射鏡間的有效光程略短于凹鏡的曲率半徑。圖13的橫座標軸表示離平面反射鏡的距離，右側(cè)的縱座標軸表示光束直徑。當橫模是TEMoo模(即為圓形光束)時，可從下列表示式1所得光束的最小直徑和從下列表示式2得到的每個位置處的光束直徑計算諧振腔中的光束直徑。
在表示式1中，Wo是光束的最小直徑，λ是第一光束的波長，d是諧振腔長，R1和R2是反射鏡的曲率半徑。在表示式2中，W(z)是離光束直徑為最小的位置距離z處的光束直徑。所算得的光束直徑最小處為大約0.2mm，最大處為0.8mm。當緊靠輸出反射鏡后方實際測量光束直徑時，計算值幾乎等于實際值。諧振腔中形成一個直徑為2.5mm的開口，并對其進行調(diào)整，使振蕩光束的強度成為最大，并測量振蕩光束的實際強度。
左側(cè)縱座標軸表示形成開口情況下振蕩光束強度與未形成開口情況下振蕩光束強度之比。發(fā)現(xiàn)在NdYVO4激光器中，光諧振腔中的開口是光束直徑的3倍時，也就是在光束直徑變成最大值0.8mm時，振蕩可能具有90％或更高的效率，而在LiSAF激光器中，通過將諧振腔中的開口設(shè)定為光束直徑的5倍或較小而使該效率降至80％。
LiSAF激光器效率的降低倍率比NdYVO4激光器的大。為了得到與NdYVO4激光器同樣的90％或更高的效率，所述開口最好7倍于光束的直徑或更大。另外，由于當開口10倍于光束的直徑或更大時沒有發(fā)現(xiàn)效率的降低，所以這個范圍被特別地首選。
一般地說，在橫模為圓形TEMoo模，且光強表現(xiàn)為高斯分布的情況下，將光束的直徑規(guī)定為峰值強度范圍1/e2內(nèi)的直徑或更大。另外，若光束橫模是除TEMoo以外的，則把光束的直徑規(guī)定為連接邊界線最外端的最大長度，光強在所述邊界線處變?yōu)槠浞逯档?/e2或更小。上面所描述的是確定開口的下限。開口的上限由可能生長的晶體的最大尺寸、可穩(wěn)定加工的晶體尺寸，和為保證涂層質(zhì)量的晶體尺寸確定。所述上限最好是光束直徑的1000倍。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在LiSAF激光器的輸入/輸出特性中存在飽和現(xiàn)象。
圖14是說明LiSAF激光器與典型的固體激光器-NdYVO4激光器之間的輸入/輸出特性比較的曲線圖。實線表示LiSAF激光器的輸入/輸出特性，虛線表示一般固體激光器的輸入/輸出特性。在NdYVO4激光器中，如虛線所示者，輸入/輸出特性曲線隨輸入值而上升，而激發(fā)輸入和固體激光器輸出幾乎是互相成正比的。另一方面如實線所示，在LiSAF激光器中，已經(jīng)看到這樣的現(xiàn)象，即輸出特性在線性區(qū)之后達到飽和，而且，即使在激發(fā)輸入增加的情況下，振蕩最后也是減小的。于是發(fā)現(xiàn)存在不能得到穩(wěn)定的固體激光器輸出現(xiàn)象。本發(fā)明人進行了深入的研究，并發(fā)現(xiàn)通過控制LiSAF所制激光晶體的溫度，可消除圖14所示的LiSAF激光器輸入/輸出特性曲線中所見到的上述飽和現(xiàn)象和上述振蕩減小現(xiàn)象。本發(fā)明預(yù)示了這一發(fā)現(xiàn)。
圖15是說明在LiSAF晶體的溫度受到控制與未受控制情況下LiSAF激光器輸入/輸出特性比較的曲線圖。實線表示LiSAF晶體的溫度被控制在15±5℃時激光器的輸入/輸出特性，虛線表示所述溫度未受控制時的輸入/輸出特性。從圖15中看到，通過控制激光晶體的溫度使線性區(qū)擴大，并可得到穩(wěn)定的固體激光器輸出。圖15表示出把LiSAF晶體的溫度設(shè)定在15℃時的輸入/輸出特性。對把所述晶體的溫度改變成10、20、30和40℃所得到的輸入/輸出特性進行了測量。在這兩種情況不論那種中，輸入/輸出特性的線性區(qū)都被擴大，并可得到穩(wěn)定的固體激光器輸出。換句話說，溫度控制區(qū)的下限是激光晶體不產(chǎn)生凝露的溫度。溫度控制區(qū)的上限是在該溫度下使用時看不到上述振蕩損失現(xiàn)象的溫度。希望將激光晶體的溫度T控制在0℃≤T≤50℃的范圍。
最好使構(gòu)成諧振器的多個反射鏡的至少一個形成于激光晶體的一個端面上。
最好至少有一個光學(xué)部件是波長控制元件。
激光器最好包含一個CrLiSrAlF6制成的激光晶體；其中至少一個諧振腔反射鏡形成于激光晶體的一個端面上的諧振腔結(jié)構(gòu)；一個用來激發(fā)激光晶體的半導(dǎo)體激光器；波長為滿足780nm≤λ1≤1000nm之λ1的第一激光束，它是利用來自激光諧振腔內(nèi)之激光晶體的振蕩輻射得到的；和直徑為第一激光束直徑的5倍或更多的開口，它被形成于諧振腔內(nèi)。
更好的是，激光器包含一個CrLiSrAlF6制成的激光晶體；其中至少一個諧振腔反射鏡形成于激光晶體的一個端面上的諧振腔結(jié)構(gòu)；一個用來激發(fā)激光晶體的半導(dǎo)體激光器；將激光晶體的溫度T控制在0℃≤T≤50℃范圍內(nèi)的裝置；波長為滿足780m≤λ1≤1000nm之λ1的第一激光束，它是利用來自激光諧振腔內(nèi)之激光晶體的振蕩輻射得到的，和具有直徑5倍或更多于第一激光束直徑并形成于諧振腔內(nèi)的開口的波長控制元件。
光學(xué)部件最好包括一個波長控制元件和一個非線性光學(xué)元件。
最好可將按布儒斯特角傾斜的雙折射晶體用作控制固體激光晶體振蕩波長的控制元件，而可將石英(SiO2)、LiNbO3和LiTaO3中的任一個用作雙折射晶體。
最好可將厚度為0.4至3mm的單片石英用作雙折射晶體。
另外，可將LBO(LiB3O5)和/或BBO(β-BaB2O4)用作非線性晶體。
控制固體激光晶體振蕩波長的控制元件最好是用來響應(yīng)第一輻射的共振腔反射鏡，而第一振蕩波的波長寬度最好關(guān)于中心波長為10nm或更小，對于所述第一振蕩波來講，共振腔反射鏡具有99.9％或更大的反射比。
所述諧振腔的結(jié)構(gòu)最好由至少兩個反射鏡構(gòu)成，或者至少一個構(gòu)成諧振腔結(jié)構(gòu)的反射鏡的二次諧波透射比為60％或更大。
本發(fā)明人進行了對有關(guān)作為波長控制元件的雙折射晶體透射波長寬度的研究，在把雙折射晶體用作控制固體激光晶體振蕩波長的控制元件時，它導(dǎo)致較高的振蕩閾值。一般地說，激光諧振腔的振蕩特性與該諧振腔中的損失有關(guān)。當這種損失較高時，就使到振蕩之前的閾值變高。當波長控制元件的透射波長寬度較為狹窄時，諧振腔中就存在損失，引起高的振蕩閾值。圖16表示根據(jù)按布儒斯特角傾斜的雙折射晶體的石英片數(shù)計算的透射波長寬度。從圖16可以理解，通過增加雙折射晶體的石英片數(shù)，也就是雙折射晶體的厚度，可使透射波長寬度變窄。因此，揭示出波長控制元件具有通過減少雙折射晶體的石英片數(shù)，即減少雙折射晶體的厚度，能使所述振蕩閾值降低，使透射波長寬度擴展的效果。
可將LiNbO3和LiTaO3或其它雙折射晶體用作所述雙折射晶體。
另外，圖17表示當由單片石英制成所述雙折射晶體時，相對于雙折射晶體的厚度而言，激光器振蕩波長的間隔。所述名詞“激光器振蕩波長間隔”代表同時進行激光振蕩的波長之間的間隔，對于每種波長來說，這取決于激光器工作物質(zhì)的增益特性。當增益特性較寬時，由于能夠激光振蕩的波長范圍寬，所以根據(jù)波長控制元件的透射波長間隔同時發(fā)生多個激光振蕩。從圖17看到，當雙折射濾光器的厚度增加時，激光振蕩波長間的間隔較窄。這是因為當厚度較大時，能夠激光振蕩的相鄰波長間的間隔較窄，并且能按寬的帶寬振蕩的激光器，如LiSAF激光器可以按兩種或更多的振蕩波長振蕩。由于一般的激光器反射鏡的反射帶寬為50nm，所以需要上述反射帶寬大約一半即25nm或更多的振蕩波長間隔，以抑制兩種或多種同時的振蕩。所以，根據(jù)圖17，雙折射晶體的厚度需要為3mm或更小。由于在所述晶體厚度太小并且LiSAF激光器的振蕩波長寬度為大約20mm的情況下，波長控制變得困難，所以，按照圖17，所述晶體的厚度需為0.4mm或更大。因此，當雙折射晶體的厚度在0.4至3mm的范圍內(nèi)時，可進一步降低振蕩閾值。
如上所述，通過采用雙折射晶體，可降抵振蕩閾值。但是，由于通過擴展透射波長寬度可使振蕩波長寬度加寬，它大于SHG晶體的相位匹配半寬度，所以，難于高效地引起SHG。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用具有相對較寬的相位匹配半寬度的LBO(LiB3O5)、BBO(β-BaB2O4)或CLBO(CsLiB6O10)晶體，能進一步提高效率。圖18表示LBO晶體的相位匹配波長半寬度。由于該晶體具有大約20倍于KN晶體的寬度，所以，通過將波長控制元件的透射波長寬度設(shè)定為10nm，并通過按布儒斯特角傾斜該波長控制元件來消除諧振腔內(nèi)的損失，就能夠得到滿足LBO晶體的相位匹配寬度的SH輸出，其中所述波長控制元件由單獨一片0.5mm厚的石英片作為雙折射晶體制成。由于LBO晶體的相位匹配寬度因溫度改變而變化的較小，為0.1nm/℃，所以無需控制LBO晶體的溫度。另外，由于LBO晶體的傳播損失較小，為0.1％/cm，所以它很少成為諧振腔中的損失。采用BBO晶體或CLBO晶體可以得到與LBO晶體同樣的效果。不過，很明顯的是，通過控制SH晶體的溫度，還能得到更為穩(wěn)定的輸出。
此外，還能采用關(guān)于中心波長為10nm或更窄的波長寬度，對于這種情況，諧振腔反射鏡具有99.9％或更高的反射比，而無需使用雙折射晶體作為控制固體激光晶體的振蕩波長的控制元件。當構(gòu)成激光諧振腔的諧振腔結(jié)構(gòu)是由至少兩個反射鏡構(gòu)成時，可以通過設(shè)定第二振蕩波長，在諧振腔外邊有效地得到SH光，這就是說，至少一個構(gòu)成所述諧振腔的反射鏡的SHG透射比配置成60％或更多。
激光器最好包含一個CrLiSrAlF6制成的激光晶體，其中至少一個諧振腔反射鏡形成于激光晶體的一個端面上的諧振腔結(jié)構(gòu)；一個用來激發(fā)激光晶體的半導(dǎo)體激光器；波長為滿足780nm≤λ1≤1000nm之λ1的第一激光束，它是利用來自激光諧振腔內(nèi)之激光晶體的振蕩輻射得到的；具有直徑5倍或更多于第一激光束之開口并被嵌入所述諧振腔內(nèi)的非線性光學(xué)晶體；波長控制元件；控制非線性光學(xué)晶體的溫度、并同時或單獨控制激光晶體和非線性光學(xué)晶體溫度的裝置；以及得到具有不同于第一激光束之波長，并從部分第一激光束轉(zhuǎn)變的第二激光束的裝置。
所述非線性光學(xué)晶體最好從LiB3O5(三硼酸鋰)、CsLiB6O10(硼酸銫鋰)、β-BaB2O4(硼酸鋇)、KNbO3(鈮酸鉀)、KTaO3(鉭酸鉀)、K-Li-Nb-O(鈮酸鋰-鉀)、K-Ta-Nb-O(鈮酸，鉭酸鉀)，以及LiIO3(碘酸鋰)中選擇。
當將本發(fā)明的激光諧振腔和激光器用于激光打印機、光學(xué)成形設(shè)備、光盤驅(qū)動裝置、粒子計數(shù)器、DNA定序器等時，可以給出具有極好穩(wěn)定性的小型設(shè)備。
從下面參照附圖的描述，將使用本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點變得愈加清楚。
圖1是說明本發(fā)明一個具體實施例的示意圖；圖2是說明本發(fā)明另一個具體實施例的示意圖，其中，為改善效率，由另一個裝置進行激光晶體溫度的控制；圖3是說明本發(fā)明另一個具體實施例的SHG激光器的示意圖；圖4是說明一種應(yīng)用舉例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在激光打印機中；圖5是說明一種應(yīng)用舉例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在光學(xué)成形設(shè)備中；圖6是說明一種應(yīng)用舉例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在光盤驅(qū)動裝置中；圖7是說明本發(fā)明另一個具體實施例的示意圖；圖8是說明本發(fā)明又一個具體實施例的示意圖；圖9是說明本發(fā)明再一個具體實施例的示意圖；圖10是說明現(xiàn)有技術(shù)的一個具體實施例的示意圖；圖11是說明半導(dǎo)體激光器激發(fā)的固體激光器半導(dǎo)體激光器在存在和缺少波長控制元件情況下的輸入/輸出特性比較示意圖；圖12是說明KN晶體的相位匹配波長寬度的示意圖；圖13是說明由作為典型固體激光器NdYVO4激光器和LiSAF激光器的諧振腔中的開口所引起的振蕩效率降低現(xiàn)象的曲線圖；圖14是說明在采用LiSAF晶體和作為典型固體激光器的NdYVO4激光器時半導(dǎo)體激光器激發(fā)的固體激光器的輸入/輸出特性比較曲線圖；圖15是說明在LiSAF晶體的溫度受到控制的情況下和該溫度未受控制情況下LiSAF激光器的輸入/輸出特性比較曲線圖；圖16是說明隨雙折射晶體的石英晶體數(shù)目不同而不同的透射波長寬度比較曲線圖；圖17是說明振蕩波長間隔相對于雙折射晶體的厚度曲線圖18是說明LBO晶體的相位匹配波長寬度的曲線圖。
以下將描述本發(fā)明的最佳實施例。不過，需要理解的是，本發(fā)明并不限于這些實施例。
(實施例1)圖1是說明本發(fā)明一個具體實施例的示意圖。從半導(dǎo)體激光器11發(fā)射的激發(fā)光束31受到會聚光學(xué)部件12的會聚，并激發(fā)激光晶體21。由SpectraDiode Laboratory公司制作的AlGaInP半導(dǎo)體激光器的輸出為50mW，振蕩波長為670nm，它被用作半導(dǎo)體激光器11。一個半導(dǎo)體激光器準直儀(焦距8mm)、一對變形棱鏡(放大率6X)和一個單透鏡(焦距30mm)被用作會聚光學(xué)部件12。
被激發(fā)的激光晶體21在固體激光器的諧振腔20中產(chǎn)生第一激光束，所述諧振腔20包括形成于激光晶體的一個端面上的輸入側(cè)共振腔反射鏡24和輸出反射鏡25。固體激光器的諧振腔20中排列著激光晶體21和作為波長控制元件的波長調(diào)諧元件23。在諧振腔中振蕩的第一激光束32的波長受到波長調(diào)諧元件23的調(diào)諧。在本實施例中，諧振腔結(jié)構(gòu)20為一平-凹型諧振腔，輸出反射鏡25的曲率半徑為150mm，有效光程略短于該曲率半徑。
含1.5摩爾百分比Cr的LiSAF晶體(φ3×5mm)被用作激光晶體21。對該晶體的前端面24加一個對激發(fā)波長具有2％或更低反射比的增透(以下簡稱AR)涂層和一個對第一激光束的波長具有99％或更高反射比的高反射(以下簡稱HR)涂層。在這方面，任何HR涂層的反射比都是滿意的，只要它能有效地反射第一激光束，而且也無需該反射比達99％或更高。對后端面加一個對第一激光束的波長具有2％或更低反射比的AR涂層。對輸出反射鏡25加一個對第一激光束的波長具有99％或更高反射比的HR涂層。在這方面，輸出反射鏡25的任何反射比都是滿意的，只要它能高效率地給出第一激光束，而且也無需該反射比達到99％或更高。
如圖13所示，本發(fā)明中已經(jīng)證實，通過將諧振腔中LiSAF晶體的開口設(shè)定為5倍或更多于第一激光束的直徑，就可以使所述損失被大大地改善?；谶@一事實，將激光晶體開口的直徑設(shè)定為3mm，波長調(diào)諧元件23中的開口直徑設(shè)定為5mm，輸出反射鏡中的開口直徑設(shè)定為10mm。
將單獨一個由石英片制成的雙折射濾光器用作波長調(diào)諧元件23并使之傾斜布儒斯特角，以使第一激光束的反射損失成為最小。通過圍繞光軸轉(zhuǎn)動所述雙折射濾光器，可以調(diào)諧第一激光束32的波長。波長的調(diào)諧范圍被設(shè)定為大約860±50nm，而波長的選擇寬度設(shè)定為大約0.5nm。只要不顯著地降低第一激光束的輸出，任何波長選擇寬度都是滿意的。另外，除了雙折射濾光器以外，棱鏡、標準具、外注入同步或它們的組合均可被用作波長調(diào)諧元件。
LiSAF晶體21的吸收波長容許寬度約為100nm寬，并且沒有溫度控制元件被用于調(diào)諧由半導(dǎo)體激光器發(fā)射之激發(fā)光束的波長。不過，可以通過使激發(fā)光束的波長與吸收波長的最大值匹配來進行波長的調(diào)諧。
具有光束成形功能的光學(xué)部件，如柱面透鏡或光學(xué)纖維可被用來代替半導(dǎo)體激光器的會聚光學(xué)部件。
(實施例2)圖2是說明本發(fā)明另一個具體實施例的示意圖，其中，為改善效率，由另一個裝置進行激光晶體溫度的控制。激發(fā)光源11、會聚光學(xué)部件12、激光晶體21、波長調(diào)諧元件23和諧振腔結(jié)構(gòu)20都與實施例1的相同。諧振腔中的各個開口以及波長調(diào)諧范圍也都與實施例1的相同。
如圖15所示，可以明白，通過控制LiSAF晶體的溫度，可以得到穩(wěn)定的激光輸出。圖2中采用電子冷卻元件和熱敏電阻將LiSAF晶體的溫度控制在15℃?？刂茰囟鹊南孪逓檫@樣一個溫度，在該溫度下，晶體開始凝露，而且這個溫度可以自由設(shè)定，只要在使用的情況下，激光器的輸出方面未見飽和即可。
(實施例3)圖3是說明本發(fā)明一個具體實施例的SHG激光器的示意圖。其中采用包括有如實施例1那樣的半導(dǎo)體激光器11的同樣的激發(fā)光學(xué)部件。
受到激發(fā)的激光晶體21產(chǎn)生基波32，這是固體激光器諧振腔20中的一種固體激光器振蕩波，所述諧振腔20包括形成于激光晶體的一個端面上的輸入側(cè)諧振腔反射鏡24和輸出反射鏡25。所述固體激光器諧振腔20中排列有激光晶體21、將激光晶體21的部分基波轉(zhuǎn)變?yōu)镾HG波的非線性光學(xué)晶體22，以及波長調(diào)諧元件23。LiB3O5(硼酸鋰，以下簡稱LBO)被用作非線性光學(xué)晶體22，其大小為3×3×5mm，并被涂以對基波和SHG波的波長有2％或更小反射率的AR涂層。
利用溫度控制元件將LiSAF晶體21和LBO晶體22的溫度控制在25±0.1℃。將對基波具有99％或更大反射率的HR涂層和對SHG波增透的，AR涂層涂覆到輸出反射鏡25上面，并像實施例1中那樣將該反射鏡的開口直徑設(shè)定為10mm。其它光學(xué)部件與實施例1的相同。在諧振腔中振蕩的基波32的波長被波長調(diào)諧元件23調(diào)諧成這樣的波長，即在該波長下非線性光學(xué)晶體22的波長轉(zhuǎn)換效率成為最大，而且由非線性光學(xué)晶體22將部分基波32轉(zhuǎn)換成SHG波33，并從輸出反射鏡25發(fā)射。按照本發(fā)明，在半導(dǎo)體激光器輸出為455mW的情況下，得到10mW的SHG輸出。
波長調(diào)諧范圍被設(shè)定為860±70nm，而波長選擇寬度被設(shè)定為0.5nm。在這方面，任何波長調(diào)諧范圍和任何波長選擇寬度都是滿意的，只要波長接近LBO晶體的轉(zhuǎn)換效率成為最大時的波長，并且SHG激光輸出不顯著地降低即可。
另外，能在基波的波長調(diào)諧范圍內(nèi)相位匹配的非線性光學(xué)晶體，如β-BaB2O4(硼酸鋇)、CsLiB6O10(硼酸銫鋰)、KNbO3(鈮酸鉀)、K-Li-Nb-O(鈮酸鋰-鉀)、LiIO3(碘酸鋰)均可被用作波長轉(zhuǎn)換元件。
采用達到與上述實施例同樣輸出的現(xiàn)有技術(shù)氣體激光器，可進行各種特性比較。氣體激光器的工作壽命為2000到5000小時，并有50％的輸出降低，而SHG激光器在工作1000小時以上之后不發(fā)生輸出的降低。所以，按照本發(fā)明的實施例，SHG激光器的工作壽命擴大到現(xiàn)有技術(shù)的2到5倍。氣體激光器的體積為10到15升，而SHG激光器的體積為0.3升。所以，按照本發(fā)明的實施例，SHG激光器的體積減小到現(xiàn)有技術(shù)的1/50到1/30。氣體激光器的功率消耗為1000到2000W，而SHG激光器的功率消耗為5W。所以，按照本發(fā)明的實施例，SHG激光器的功率消耗被減小到現(xiàn)有技術(shù)的1/400到1/200。氣體激光器與本發(fā)明實施例的SHG激光器特性之間的比較被示于表1中。
表1氣體激光器與本發(fā)明的SHG激光器之間特性的比較結(jié)果
(實施例4)圖4是說明一種應(yīng)用實例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在激光打印機中。從圖3所示的SHG激光光源100發(fā)射的SHG激光輸出33通過聲光(以下簡稱AO)調(diào)制器51、光束擴展器52、旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡53和fθ透鏡54，被會聚在光敏鼓55上。AO調(diào)制器51按照圖像信息調(diào)制SHG輸出33，而旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡53沿橫向(牽引紙的方向)掃描。借助這樣的系統(tǒng)，將次級信息以局部的電勢差的方式記錄在光敏鼓55上。光敏鼓55轉(zhuǎn)動，按照所述電勢差被調(diào)色劑粘附，并把信息再現(xiàn)于記錄紙上。
這里，加到光敏鼓55上的光敏材料是硒(Se)，而將SHG激光光源100的輸出波長設(shè)定為420nm，所述光敏材料對此波長相對地靈敏度較高，而且它的輸出被設(shè)定為10mW。在這方面，除Se之外的光敏材料也可被采用。
(實施例5)圖5是說明一種應(yīng)用實例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在光學(xué)成形設(shè)備中。圖3中所表示的SHG激光光源100被用作光源。將藍色凝固樹脂61充入容器中，使一束激光以二維方式掃描液體表面。這里，只有吸收光的藍色凝固樹脂61的表面部分61-a凝固。完成一層結(jié)構(gòu)之后，提升器62下落，以便連續(xù)形成下一層。采用這種操作，可以制成具有所需形狀的固體樣品63。這里，SHG激光光源的波長為430nm，輸出為10mW。
(實施例6)圖6是說明一種應(yīng)用實例的示意圖，其中，本發(fā)明的一個實施例被用在光盤驅(qū)動裝置中。圖3中所表示的SHG激光光源100被用作光源。采用光磁記錄系統(tǒng)的光盤驅(qū)動裝置。從SHG激光光源100發(fā)出的SHG激光輸出33受到光束擴展器52的擴展，隨后成為平行光束。由分束器72反射的部分光束被前監(jiān)控器73接收。透過分束器72的光束被會聚光學(xué)部件74會聚在介質(zhì)75上。反射光部分地受到分束器72反射并分成兩束，被兩個探測器76接收。前監(jiān)控器73監(jiān)視SHG激光器輸出33，以便對其進行控制。在分束器72之后的二個探測器76都進行自動對焦和信號檢測。將一固定磁場加在介質(zhì)75上，使SHG激光器輸出33受到調(diào)制，并使聚焦溫度升至介質(zhì)75的居里溫度，進行反向磁化記錄。若所述輸出導(dǎo)通，就使介質(zhì)的磁場反向，而當關(guān)斷該輸出時，則不使磁場反向，這樣能夠記錄信號。記錄頻率被設(shè)定為10MHz。再現(xiàn)信號時，利用記錄所用的同一個SHG激光光源100，得到很好的再現(xiàn)信號。
(實施例7)圖7是說明本發(fā)明另一個實施例的示意圖。由半導(dǎo)體激光器111輻射的激發(fā)光束受到會聚光學(xué)部件112的會聚，以激發(fā)激光晶體121。將SpectraDiode Laboratory公司制作的、輸出為500mW且振蕩波長為670nm的AlGaInP半導(dǎo)體激光器用作半導(dǎo)體激光器111。將半導(dǎo)體激光器準直儀(f＝8mm)、變形棱鏡對(放大率6X)和單透鏡(f＝30mm)用作會聚光學(xué)部件112。
受到激發(fā)的激光晶體121在固體激光諧振腔120內(nèi)發(fā)生基波142，所述諧振腔120包括形成于該激光晶體一個端面上的輸入側(cè)諧振腔反射鏡122和輸出反射鏡124。所述固體激光諧振腔120中排列有激光晶體121、SHG晶體131和波長控制元件125。這里，固體激光諧振腔120為一平-凹諧振腔，其長度為145mm，輸出反射鏡124的曲率半徑為150mm。含1.5摩爾百分比Cr的LiSAF晶體(φ×5mm)用作激光晶體121。將對激發(fā)波長具有2％或更小反射率的AR涂層和對基波波長具有99％或更大反射率的HR涂層涂覆到所述晶體的前端面上。將對基波波長具有0.2％或更小反射率的AR涂層涂覆到所述晶體的后端面上，使之成為輸入側(cè)諧振腔反射鏡122。
由3×3×5mmLBO晶體制成的SHG晶體131設(shè)置在緊靠LiSAF晶體121之后處。將對基波波長具有0.2％或更小反射率且對SH波有1％或更小反射率的AR涂層涂覆到LBO晶體的兩個端面上。由單片厚度為0.5mm的石英片制成的雙折射晶體被用作波長控制元件125，它被按布儒斯特角關(guān)于光軸傾斜放置，并繞光軸轉(zhuǎn)動，將基波波長控制為這樣的波長，即在該波長下，作為SHG晶體131的LBO晶體的轉(zhuǎn)換效率為最大。在所述諧振腔中，由SHG晶體131將部分基波轉(zhuǎn)換成SH波143，并通過輸出反射鏡124將其作為SH輸出從該諧振腔引出。在本結(jié)構(gòu)中，振蕩閾值是當圖12所示的波長控制元件不存在的情況下的二倍，并能得到10mW的SH輸出。
可使圖7所示的被嵌入諧振腔中的SHG晶體131的位置與波長控制元件125的位置互換。LiSAF晶體121的吸收波長允許寬度約為100nm寬，而且在使用溫度控制元件時，激發(fā)半導(dǎo)體激光器的波長不受控制。但可以將該波長控制成最大的吸收波長。
(比較實施例1)在其圖7一樣的激光諧振腔中，單片厚度為5mm的石英片被用作波長控制元件125，而將KN晶體用作SHG晶體131。由于受此單片5mm厚石英片制成的波長控制元件控制的激光振蕩波長間的間隔較窄，為12m，所以在波長間隔12nm情況下，作為激光晶體121的LiSAF晶體的4到5種基波同時振蕩。由于即使基波波長之一受到KN晶體轉(zhuǎn)換，激光束在其它波長時也振蕩，所以當作為SHG晶體的KN具有0.4nm的窄相位匹配波長半寬度時，只得到幾nW的SH輸出，同時基波功率被消耗。
(實施例8)圖8是說明本發(fā)明又一個實施例的示意圖。由半導(dǎo)體激光器111構(gòu)成的激發(fā)光學(xué)部件及會聚光學(xué)部件112與實施例7的相同。受到激發(fā)的激光晶體121在固體激光諧振腔120中發(fā)生基波142，諧振腔120由三個諧振腔反射鏡制成，它們包括被形成于所述激光晶體的一個端面上的輸入側(cè)諧振腔反射鏡122、凹面鏡126和平面輸出鏡123。在所述固體激光諧振腔120中，在輸入側(cè)諧振腔反射鏡122與平面輸出鏡123之間排列有激光晶體121和SHG晶體131，并在平面輸出鏡123與凹面鏡126之間安排有波長控制元件125。這時所用的激光晶體121和SHG晶體131的材料、形狀及涂層均與實施例7的相同。與實施例7同樣的波長控制元件125被采用。
將對基波波長具有99％或更大反射比的HR涂層涂覆到凹面鏡126上。將對基波波長具有99％或更大反射比的HR涂層和對SH波有85％或更大透射比的AR涂層加到平面輸出鏡123上。波長控制元件125繞光軸轉(zhuǎn)動，將基波波長控制在這樣的波長，即在該波長時，作為SHG晶體131的LBO晶體的轉(zhuǎn)換效率成為最大。在所述諧振腔中，由SHG晶體131將部分基波轉(zhuǎn)換成SH波143，并作為SH輸出143從平面輸出鏡123引出到諧振腔外。在本結(jié)構(gòu)中，由于在圖7所示的波長控制元件125處沒有SH光的損失，所以可以得到15mW的SH輸出。
(實施例9)圖9是說明本發(fā)明再一個實施例的示意圖。由半導(dǎo)體激光器111構(gòu)成的激發(fā)光學(xué)部件及會聚光學(xué)部件112與實施例7的相同。受到激發(fā)的激光晶體121在固體激光諧振腔120中發(fā)生基波142，諧振腔120包括被形成于所述激光晶體的一個端面上的輸入側(cè)諧振腔反射鏡122和輸出反射鏡124。這時所用的激光晶體121和SHG晶體131的材料、形狀及涂層均與實施例7的相同。由于輸出反射鏡124被涂以對中心波長為860±5nm的基波波長具有99.9％或更大反射比的HR涂層，所以無需波長控制元件，即可進行振蕩波長的控制。輸出反射鏡124還被涂以對SH波長具有85％或更大透射比的AR涂層。如圖18所示，由于作為SHG晶體131之LBO晶體的相位匹配波長半寬度較寬，為8nm，所以無需控制波長即能有效地得到SH光。
本發(fā)明通過設(shè)計LiSAF激光諧振腔，考慮諧振腔內(nèi)的開口，使半導(dǎo)體激光器激發(fā)的LiSAF激光器的效率得到大大的改善。另外，通過控制LiSAF晶體的溫度，使激光器的振蕩損失現(xiàn)象得以避免，并提出了得到穩(wěn)定的激光輸出的方法。通過采用這種LiSAF激光器，實現(xiàn)了輸出為10mW的SHG激光器。本發(fā)明能使工作壽命擴展到2至5倍，并分別使體積和功率損耗減少到現(xiàn)有技術(shù)的1/50至1/30和1/400至1/200。另外，本發(fā)明能減小尺寸和功率消耗，提高激光器應(yīng)用設(shè)備的工作壽命，并改善其可靠性。
按照本發(fā)明，在波長可變的激光器，特別是采用LiSAF激光器的內(nèi)諧振腔SHG系統(tǒng)中，通過擴展波長控制元件的透射波長寬度，使振蕩閾值得到降低，而且通過采用LBO晶體作為具有寬的相位匹配寬度的SHG晶體，使作為激光器的二次諧波發(fā)生器的效率和可靠性得到改善。此外，用這種二次諧波發(fā)生器作為光源，使諸如激光打印機等應(yīng)用激光器的產(chǎn)品的可靠性得到改善。
正像前面所描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，可以給出具有極好穩(wěn)定性的小尺寸的激光諧振腔、激光器和如激光打印機等激光器應(yīng)用設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種激光諧振腔，包括由含Cr的氟化物制成的激光晶體和至少一個光學(xué)部件，其特征在于所述諧振腔內(nèi)的一個開口直徑實際上5倍或更多于一第一激光束的直徑，所述激光束由激光晶體在諧振腔內(nèi)振蕩輻射所得。
2.一種如權(quán)利要求1所述的激光諧振腔，其特征在于所述激光晶體由CrLiSrAlF6(摻鉻的鋰鍶鋁氟化物)制成。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于還包括控制所述激光晶體溫度的裝置。
4.一種如權(quán)利要求3所述的激光諧振腔，其特征在于還包括將所述激光晶體的溫度控制在其輸入/輸出特性不達到飽和的范圍內(nèi)的裝置。
5.一種如權(quán)利要求3或4所述的激光諧振腔，其特征在于還包括將所述激光晶體的溫度T控制在0≤T≤50℃范圍內(nèi)的裝置。
6.一種如權(quán)利要求1至5中任一項所述的激光諧振腔，其特征在于構(gòu)成該諧振腔的多個反射鏡中的至少一個形成于所述激光晶體的一個端面上。
7.一種如權(quán)利要求1至6中任一項所述的激光諧振腔，其特征在于至少一個光學(xué)部件是波長控制元件。
8.一種如權(quán)利要求7所述的激光諧振腔，其特征在于一個按布儒斯特角傾斜的雙折射晶體被用作所述波長控制元件，用以控制所述固體激光晶體的振蕩波長。
9.一種如權(quán)利要求8所述的激光諧振腔，其特征在于選自石英(SiO2)、LiNbO3、LiTaO3和液晶片中的至少一種被用作所述的雙折射晶體。
10.一種如權(quán)利要求9所述的激光諧振腔，其特征在于厚度為0.5mm或更小的單獨一片石英片被用作所述的雙折射晶體。
11.一種如權(quán)利要求1至10中任一項所述的激光諧振腔，其特征在于所述光學(xué)部件包括波長控制元件和非線性光學(xué)晶體。
12.一種如權(quán)利要求11所述的激光諧振腔，其特征在于當?shù)谝患す馐ㄟ^所述非線性光學(xué)晶體時，至少部分第一激光束轉(zhuǎn)換成波長與第一激光束不同的第二激光束。
13.一種如權(quán)利要求11或12所述的激光諧振腔，其特征在于所述非線性光學(xué)晶體由選自LiB3O5(三硼酸鋰)、CsLiB6O5(硼酸銫鋰)、β-BaB2O4(硼酸鋇)、KNbO3(鈮酸鉀)、KTaO3(鉭酸鉀)、K-Li-Nb-O(鈮酸鋰-鉀)、K-Ta-Nb-O(鈮酸，鉭酸鉀)和LiIO3(碘酸鋰)中的至少一種制成。
14.一種如權(quán)利要求11至13中任一項所述的激光諧振腔，其特征在于還包括同時或單獨控制所述激光晶體和非線性光學(xué)晶體溫度的裝置。
15.一種激光器，包括權(quán)利要求1至14中任一項所述的激光諧振腔和一激光晶體。
16.一種如權(quán)利要求15所述的激光器，其特征在于用來激發(fā)所述激光晶體的裝置是半導(dǎo)體激光器。
17.一種如權(quán)利要求15或16所述的激光器，包括由CrLiSrAlF6制成的激光晶體；一個諧振腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中至少一個共振腔反射鏡形成于所述激光晶體的一個端面上；一個用于激發(fā)所述激光晶體的半導(dǎo)體激光器；一束波長λ1滿足780≤λ1≤1000nm的第一激光束，它是由所述激光晶體在所述激光諧振腔內(nèi)振蕩輻射所得的；和具有直徑5倍或更多于所述第一激光束直徑的開口并被嵌入所述諧振腔內(nèi)的波長控制元件。
18.一種如權(quán)利要求15或16所述的激光器，包括由CrLiSrAlF6制成的激光晶體；一個諧振腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中至少一個共振腔反射鏡形成于所述激光晶體的一個端面上；一個用于激發(fā)所述激光晶體的半導(dǎo)體激光器；將所述激光晶體的溫度T控制在0≤T≤50℃范圍內(nèi)的裝置；一束波長λ1滿足780≤λ1≤1000nm的第一激光束，該激光束是由所述激光晶體在所述激光諧振腔內(nèi)振蕩輻射所得的；和具有直徑5倍或更多于第一激光束直徑的開口并被嵌入所述諧振腔內(nèi)的波長控制元件。
19.一種如權(quán)利要求15或16所述的激光器，包括由CrLiSrAlF6制成的激光晶體；一個諧振腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中至少一個共振腔反射鏡形成于所述激光晶體的一個端面上；一個用于激發(fā)所述激光晶體的半導(dǎo)體激光器；一束波長λ1滿足780≤λ1≤1000nm的第一激光束，該激光束是由所述激光晶體在所述激光諧振腔內(nèi)振蕩輻射所得的；一個具有直徑5倍或更多于第一激光束直徑的開口并波嵌入所述諧振腔內(nèi)的非線性光學(xué)晶體；波長控制元件；控制非線性光學(xué)晶體的溫度和同時或單獨控制所述激光晶體及非線性光學(xué)晶體溫度的裝置；和引出由部分第一激光束轉(zhuǎn)換的并具有不同于第一激光束波長之波長的第二激光束的裝置。
20.一種激光器應(yīng)用設(shè)備，該設(shè)備采用權(quán)利要求15至19中任一項所述的激光器。
21.一種如權(quán)利要求20所述的激光器應(yīng)用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是激光打印機。
22.一種如權(quán)利要求20所述的激光器應(yīng)用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是光學(xué)成形設(shè)備。
23.一種如權(quán)利要求20所述的激光器應(yīng)用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是光盤驅(qū)動裝置。
24.一種如權(quán)利要求20所述的激光器應(yīng)用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是粒子計數(shù)器。
25.一種如權(quán)利要求20所述的激光器應(yīng)用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是DNA定序器。
26.一種激光振蕩方法，用于由以含鉻的氟化物制成的激光晶體在激光諧振腔中振蕩輻射，得到第一激光束，其中諧振在具有直徑實際上5倍或更多于第一激光束直徑的開口的諧振腔內(nèi)進行。
全文摘要
一種包含由含鉻的氟化物制成的激光晶體和至少一個光學(xué)部件的激光諧振腔,該諧振腔中一個開口的直徑被設(shè)定為5倍或更多于第一激光束直徑,第一激光束由所述激光晶體在諧振腔內(nèi)振蕩輻射所得。
文檔編號H01S3/08GK1169798SQ9519370
公開日1998年1月7日 申請日期1995年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月6日
發(fā)明者宮井剛, 古川保典, 佐藤正純, 牧尾諭 申請人:日立金屬株式會社