專利名稱：激光二極管激勵的固態(tài)激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其諧振器中具有激光介質(zhì)和非線性光學(xué)部件的激光二極管激勵的固態(tài)激光裝置，它用于發(fā)射來自受半導(dǎo)體激光器激勵激光介質(zhì)而發(fā)射基波脈動光和非線性光。
公知的固態(tài)激光器裝置使用由GaAlAs組成的半導(dǎo)體激光，或激勵設(shè)置在諧振器中的激光介質(zhì)，比如NdYAG晶體而產(chǎn)生激光。
為產(chǎn)生更短波長的激光，提出過很多類的固態(tài)激光器裝置。這些裝置在公共諧振器中基本都設(shè)置有激光介質(zhì)和非線性光學(xué)晶體，以便把激光介質(zhì)體輸出的脈動光轉(zhuǎn)換成比如二次諧波的非線性光(例如，日本特許公開JP-A-4-283977(1992)和JP-A6-69567(1994)，及日本特許公開實用新型JP-U4-97375(1992)所披露的)。當(dāng)激光介質(zhì)為YAG晶體，和非線性光學(xué)晶體為磷酸鈦鉀KTiOPO4時(縮寫為KTP)，能夠把來自YAG晶體的脈動光從其1064μm的原波長轉(zhuǎn)換成其波長一半的532μm的綠色光。
可是，這種常規(guī)固態(tài)激光器裝置需要配置半導(dǎo)體激光器，激光傳導(dǎo)體介質(zhì)和高精度的非線性光學(xué)部件。在激勵光、脈動光和非線性光的光軸不能按微米級精度對準時，光轉(zhuǎn)換效率會顯著下降。
再有，由于熱膨脹，光學(xué)部件或光學(xué)器件與支承件之間的距離的不利變化導(dǎo)致因光軸的位移而引起的轉(zhuǎn)換效率的降低或者由于波型跳動引起的輸出波動。
本發(fā)明的目的在于提供光學(xué)部件容易組裝并定位，并能夠不受溫度變化影響穩(wěn)定工作的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置。
本發(fā)明提供的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置包括發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器；設(shè)置在諧振器中，在激光激勵時產(chǎn)生脈動光的激光介質(zhì)；裝在諧振器一端的曲面鏡裝置，夾持半導(dǎo)體激光器的第1夾緊構(gòu)件，第1夾緊構(gòu)件帶有基本垂直于激光光軸的滑動面；
夾持曲面鏡裝置和激光介質(zhì)的第2夾緊構(gòu)件，第2夾緊構(gòu)件有基本垂直于諧振器光軸的滑動面，第1和第2夾緊件，排列成使滑動面相互面對；和把第1和第2夾緊構(gòu)件固定在一起的固定裝置。
根據(jù)本發(fā)明，夾持半導(dǎo)體激光器的第1夾緊構(gòu)件和夾持曲面鏡裝置及激光傳導(dǎo)體的第2夾緊構(gòu)件有基本垂直于激光光軸的滑動面，而且把滑動面互相面對地安裝，以便在校直光軸時能夠沿各自的滑動面平滑地移動，因此，將容易并精確地進行部件的定位。通過能滑動的、熱傳導(dǎo)高的材料比如銅箔或銅帶制成的窄片插入在滑動面之間，第1和第2夾緊件的滑動面可以直接或間接地相互接觸。這就可以在用粘合劑或類似物牢固地固定部件之前使激光和脈動光精確而迅速地與光軸對齊。
當(dāng)鏡裝置是曲面的時候，本發(fā)明特別有效。在帶有曲面鏡的線性諧振器中，設(shè)有單一光軸，它與曲面鏡的特定點法線一致。根據(jù)本發(fā)明，通過在垂直于光軸的平面中連接第1和第2夾緊構(gòu)件，能夠容易地把激光定位在諧振器的光軸上。
由于在垂直于光軸的兩維平面上容易控制沿光軸相隔恒定距離的第1和第2夾緊構(gòu)件與光軸的定位，因此可以精確而迅速地使激勵光、脈動光和非線性光相互沿光軸對齊。再有，增強了第1和第2夾緊構(gòu)件間的熱連接，因而能夠容易地進行兩構(gòu)件上的溫度控制。此外，第1和第2夾緊構(gòu)件間的界面和電熱冷卻裝置與光軸垂直，所以在對準光軸期間不考慮沿界面的少量位移的情況下能確保穩(wěn)定控制整個溫度。
本發(fā)明中，該裝置最好還包括利用施加于滑動面上的可用緊固壓力固定第1和第2夾緊構(gòu)件的緊固裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過利用與構(gòu)件滑動表面垂直方向上的不同緊固壓力推動和略微使第1和第2夾緊件變形，可以按微米級精確地調(diào)整第1和第2夾緊件之間沿光軸方向上的相對距離。
此外，本發(fā)明中最好還包括電熱冷卻裝置，比如配置帶有向外傳導(dǎo)激光束窗口的玻爾帖(Peltier)裝置，并把第1夾緊件裝在電熱冷卻裝置上。
根據(jù)本發(fā)明，使用電熱冷卻裝置控制第1夾緊構(gòu)件的溫度，從而能夠集中地控制包含半導(dǎo)體激光器和激光介質(zhì)等其他光學(xué)部件的溫度。由于不需要把電度。由于不需要把電熱冷卻裝置分配給各光學(xué)裝置，所以本發(fā)明的裝置將減小尺寸和重量。再有，半導(dǎo)體激光器和激光介質(zhì)的溫度條件幾乎相同，因此能夠使用一個溫度傳感器進行監(jiān)測和控制。
此外在本發(fā)明中，最好使第1夾緊構(gòu)件有面對滑動表面的第2表面，其第2表面安裝在面對電熱冷卻裝置的吸熱側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，由于與第2夾緊構(gòu)件的滑動面平行的第1夾緊構(gòu)件的第2面安裝在面對熱冷卻裝置的吸熱側(cè)，利用第1夾緊構(gòu)件的存在，將改善第2夾緊構(gòu)件和電熱冷卻裝置之間的熱連接。再有，由于構(gòu)件與光軸對準，不管第2夾緊構(gòu)件處于滑動面的什么位置，第2夾緊構(gòu)件的熱輸出通過第1夾緊構(gòu)件能夠基本均勻地傳送給電熱冷卻裝置，從而確保溫度控制的穩(wěn)定性。第1夾緊構(gòu)件的第2表面和電熱冷卻裝置的吸熱側(cè)通過在其間施加高熱傳導(dǎo)的粘合劑或潤滑油可以直接或間接地連接。
此外本發(fā)明中，最好還包括設(shè)置在諧振器中把脈動光轉(zhuǎn)換成非線性光的非線性光學(xué)裝置，并用第2夾緊構(gòu)件夾緊。
根據(jù)本發(fā)明，用單一夾緊構(gòu)件夾持激光傳導(dǎo)體和非線性光學(xué)裝置，從而減小兩者間的位置錯位。
此外本發(fā)明中，最好把曲面鏡裝置設(shè)置在激光介質(zhì)的激光輸入側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，由于構(gòu)成諧振器的曲面鏡裝置整體地安裝在激光介質(zhì)上，所以在諧振器和激光介質(zhì)之間無須進行光學(xué)對準。這將使組裝光學(xué)部件變得容易，并能消除因物理變化產(chǎn)生的光學(xué)錯位。
此外本發(fā)明中，最好把曲面鏡裝置設(shè)置在非線性光學(xué)裝置的非線性光輸出側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，由于構(gòu)成諧振器的曲面鏡裝置整體地安裝在非線性光學(xué)裝置上，所以不需進行諧振器和非線性光學(xué)裝置之間的光學(xué)對準。這將使組裝光學(xué)部件變得容易，并能消除因物理產(chǎn)生的光學(xué)錯位。
因此，能夠?qū)崿F(xiàn)激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置的光學(xué)部件的簡單組裝和定位，它能夠不受溫度變化影響而穩(wěn)定地工作。
參照附圖，將進一步詳細說明本發(fā)明的其他和另外的目的、特征和優(yōu)點，其中

圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的分解透視圖2是表示本發(fā)明實施例的中央橫截面圖；圖3A和3B是表示諧振器形狀的示意圖；圖3A是表示形成在激光介質(zhì)13的激勵光輸入側(cè)的曲面鏡11的安裝示意圖；和圖3B表示形成在非線性光學(xué)裝置12的非線性光輸出側(cè)的另一個曲面鏡11的裝配示意圖。
下面，結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1表示本發(fā)明一個實施例的分解透視圖，圖2表示其中央截面剖視圖。管座21為金屬的平板構(gòu)件，與帽8一起構(gòu)成裝置的外殼，并有多個牢固地裝在其上、具有電絕緣和氣密性關(guān)系的引線電極22。電冷卻裝置或珀爾帖(Peltier)裝置20裝在管座21的上邊，并且珀爾帖(Peltier)裝置20的引線與任何一個引線電極22相連接。
金屬六面體形的基板19，裝在珀爾帖裝置20上，基板19有垂直夾緊孔，其內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋，與固定螺桿1相配。引線18的一端電連接在基板19的側(cè)面上，另一端與引線電極22之一相連。引線18被拉長，作為半導(dǎo)體激光器17的陰極基板19在其另一側(cè)還設(shè)有小凹槽，用來夾緊作為溫度傳感器的熱敏電阻6。熱敏電阻6有不與引線電極22連接的引線，但卻安裝成與無帽8的用于溫度調(diào)整的外部裝置連接。
金屬六面體形的激光器固定件17a裝在基板19的上邊。片形半導(dǎo)體激光器17牢固地裝在激光器固定件17a的一側(cè)。半導(dǎo)體激光器17的陰極穿過激光器固定件17a和基板19與引線18相連，半導(dǎo)體激光裝置17的陽極與依次連接其他引線電極22的其中之一引線17b的一端連接。激光器固定件17a有能夠在其上插入螺釘1的通孔。因此，為確保良好的電連接和導(dǎo)熱性，激光器固定件17a和基板19相互連接。
夾緊激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置12的晶體夾緊件3垂直于光軸地裝在激光器固定件17a的上側(cè)。激光器固定件17a和晶體夾緊件3可直接相互連接，但最好插入具有更高連接氣密性和導(dǎo)熱性的用銅箔或其它金屬箔制做的墊片5，以提高激光器固定件17a和晶體夾緊件3之間的連接氣密性和溫度耦合。晶體夾緊件3由比如銅那樣的高熱導(dǎo)性金屬構(gòu)成，把激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置12產(chǎn)生的熱傳送給激光固定件17a。晶體夾緊件3在其一側(cè)設(shè)置有夾緊另一個作為溫度傳感器的熱敏電阻4的凹槽。熱敏電阻4的引線還與引線電極22連接。此外，晶體夾緊件3在其上配有能夠插入螺釘1的通孔。
圖3A和3B為表示諧振器形狀的示意圖。更具體地，圖3A表示形成在激光介質(zhì)13的激光輸入側(cè)曲面鏡11的裝配，圖3B表示形成在非線性光學(xué)裝置12的非線性輸出側(cè)的另一個曲面鏡11的裝配。把墊片5夾在中間的晶體夾緊件3和激光器固定件17a有其相應(yīng)的按基本垂直于諧振器光軸安裝的滑動表面5A和5B。
參看圖3A，用光刻法使激光介質(zhì)13的激光輸入側(cè)構(gòu)成曲面，并用對來自激光介質(zhì)13的脈動光波長有高反射率的涂層覆蓋該曲面，從而構(gòu)成包括諧振器的一個端鏡的曲面鏡11。非線性光學(xué)裝置12的非線性光輸出側(cè)由平面構(gòu)成，該平面上同樣用對來自激光傳導(dǎo)體13的脈動光波長有高反射率的涂層覆蓋，從而構(gòu)成諧振器的另一端鏡。
圖3B中，激光介質(zhì)13的激光輸入側(cè)由平面構(gòu)成，并用對來自激光介質(zhì)13的脈動光波長有高反射率的涂層覆蓋，從而構(gòu)成諧振器的一個端鏡。通過光刻技術(shù)使非線性光學(xué)裝置12的非線性光輸出側(cè)構(gòu)成曲面和用對來自激光介質(zhì)13的脈動光波長有高反射率的涂層覆蓋曲面，而構(gòu)成包括諧振器的另一個端鏡的曲面鏡11。
由于諧振器的曲面鏡11整體地設(shè)置在激光介質(zhì)13或非線性光學(xué)裝置12上，所以簡化了其與光軸的對準，從而有助于容易地組裝光學(xué)部件，并消除因振動或類似原因產(chǎn)生的光軸錯位。
再參看圖2，以可滑動關(guān)系相互直接重疊放置的基板19、激光器固定件17a、墊片5和晶體托架3在固定之前互相連接。為獲得良好的熱傳導(dǎo)性，在對準上述部件的光軸之后，通過旋轉(zhuǎn)螺釘1整體固定這些部件。螺釘1在上端配有用于防止松動的一對墊圈2。
由于把半導(dǎo)體激光器17、激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置12作為組件固定在珀爾帖(Peltier)裝置20的吸熱側(cè)，進行組件的熱控制，以便使由熱敏電阻4檢測的溫度保持恒定。
下面，說明放置部件的過程，在把基板19、激光器固定件17a、墊片5和晶體托架一個換一個碼放之后，用帶有2個墊圈2的螺釘1慢慢地擰緊，件之間，以調(diào)整相應(yīng)的距離。
然后，在把基板19和激光器固定件17a放在適當(dāng)位置前，對準半導(dǎo)體激光器17的激光光軸。隨后通過滑動與垂直光軸方向上的激光器固定件17a相連接的晶體夾緊件3，用激光光軸對準激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置12的光軸。
為暫時固定垂直于光軸方向上的部件，進一步十分小心地擰緊螺釘1，不使晶體夾緊件3在垂直于光軸方向上錯位。由于控制了擰緊壓力，能夠按微米級精確地調(diào)整任意兩個鄰近部件間的距離。最后，通過全部或局部地使用粘合劑，使基板19、激光器固定件17a和晶體夾緊件3互相牢固地結(jié)合。
因此，能夠容易并精確地正確進行把部件放置在垂直又平行于光軸的二維空間平面中。
把部件擰緊在管座21上之后，放上帽8以氣密性屏蔽管座21。帽8有設(shè)置在其上側(cè)中央允許向外傳播非線性光的裝置。帽8的該裝置在用比如玻璃板構(gòu)成的窗口構(gòu)件7的內(nèi)側(cè)氣密地關(guān)閉。為保證非線性光波長的高透射率，在窗口構(gòu)件7的兩側(cè)涂有AR(抗反射的)涂層。
下面說明具體構(gòu)造的例子。該例使用的激光介質(zhì)13為NdYVO4晶體，非線性光學(xué)裝置12為KTP(KTiOPO4)晶體，半導(dǎo)體激光器17的類型能夠產(chǎn)生波長為809nm的激光。
激光介質(zhì)13的激光輸入側(cè)覆蓋有涂層，該涂層對來自激光介質(zhì)13的波長為1064nm的脈動光具有99.9％或更高的反射率，并對波長為809nm的激光具有95％或更高的透射率。再有，激光介質(zhì)13的另一側(cè)和其對著非線性光學(xué)裝置12的一側(cè)覆蓋著涂層，該涂層在波長為1064nm時具有99.9％或更高的透射率。非線性光學(xué)裝置12的輸出側(cè)覆蓋有涂層，該涂層在波長為1064nm時具有99.9％或更高的反射率，并在波長為532nm時具有95％或更高的透射率。因而把諧振器限定在激光介質(zhì)13的光輸入側(cè)和非線性光學(xué)裝置12的光輸出側(cè)之間。
當(dāng)其激光介質(zhì)由半導(dǎo)體激光器17發(fā)射的波長為809nm的激光激勵時，諧振器產(chǎn)生波長為1064nm的激光脈動，然后通過非線性光學(xué)裝置12把脈動光轉(zhuǎn)換成波長為二次諧波的光或波長為532nm的非線性綠色光。
再說明另一個結(jié)構(gòu)的例子。此例使用的激光介質(zhì)13為YAG晶體，
再說明另一個結(jié)構(gòu)的例子。此例使用的激光介質(zhì)13為YAG晶體，非線性光裝置12為KN(KNbO3)晶體，半導(dǎo)體激光器17的類型能夠產(chǎn)生波長為809nm的激光。
激光介質(zhì)13的激光輸入側(cè)覆蓋有涂層，該涂層對來自激光介質(zhì)13、波長為946nm的脈動光具有99.9％或更高的反射率，并對波長為809nm的激光具有95％或更高的透射率。再有，激光介質(zhì)13的另一側(cè)和其對著非線性光學(xué)裝置12的一側(cè)覆蓋著涂層，該涂層在波長為946nm時具有99.9％或更高的透射率。非線性光學(xué)裝置12的輸出側(cè)覆蓋有涂層，該涂層在波長為946nm時具有99.9％或更高的反射率，并在波長為473nm時，具有95％或更高的透射率。因而把諧振器限定在激光介質(zhì)13的光輸入側(cè)和非線性光學(xué)裝置12的光輸出側(cè)之間。
當(dāng)半導(dǎo)體激光裝置17發(fā)射波長為809nm激光激勵激光介質(zhì)13時，諧振器產(chǎn)生波長為946nm的激光脈動，然后通過非線性光學(xué)裝置12把脈動光在波長上轉(zhuǎn)換成二次諧振或波長為473nm的非線性蘭-綠色光。
因為其合成的非線性光沿光軸傳播并穿過窗口構(gòu)件7向外傳播，所以該非線性光可用作短波長光源用于光數(shù)據(jù)記錄、通訊、測量或其他類似的應(yīng)用。
盡管實施例已描述過包括激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置14的短波長光源的使用，但本發(fā)明還可以包含激光介質(zhì)13而沒有非線性光學(xué)裝置14的基波激光源。
在不脫離本發(fā)明精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以按其他形式具體化。因此，該實施例無論從哪一點來看都是說明性的和不嚴格的，本發(fā)明的范圍由其權(quán)利要求而不是上述描述來限定，在權(quán)利要求的意義和范圍之內(nèi)的所有變型都被包括在該權(quán)利要求之中。
權(quán)利要求
1.激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，包括發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器；設(shè)置在諧振器中，在被激光激勵的基礎(chǔ)上產(chǎn)生脈動光的激光傳導(dǎo)體；限定在諧振器一端的曲面鏡裝置，夾持半導(dǎo)體激光器的第1夾緊構(gòu)件，第1夾緊構(gòu)件有基本垂直于激光光軸的滑動面；夾緊曲面鏡裝置和激光介質(zhì)的第2夾緊構(gòu)件，第2夾緊構(gòu)件有基本垂直于諧振器光軸的滑動面；排列第1和第2夾緊構(gòu)件，使滑動面互相相對；和把第1和第2夾緊構(gòu)件固定起來的固定裝置。
2.如權(quán)利要求1的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于還包括緊固裝置，用施加垂直于滑動面的可變緊固壓力緊固第1和第2夾緊構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求2的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于還包括設(shè)置在外殼中帶有向外傳導(dǎo)激光束窗口的電熱冷卻器，第1夾緊構(gòu)件裝在電熱冷卻器上。
4.如權(quán)利要求3的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于第1支承構(gòu)件有面對滑動面的第2表面，第2表面裝在面對電熱冷卻器的吸熱側(cè)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于還包括設(shè)置在諧振器中把脈動光轉(zhuǎn)換成非線性光的非線性光學(xué)裝置，非線性光學(xué)裝置用第2夾緊構(gòu)件夾緊。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于曲面鏡裝置設(shè)置在激光傳導(dǎo)體的激光輸入側(cè)。
7.如權(quán)利要求5的激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置，其特征在于曲面鏡裝置設(shè)置在非線性光學(xué)裝置的非線性光輸出側(cè)。
全文摘要
固態(tài)激光器裝置包括:半導(dǎo)體激光器17,產(chǎn)生脈動光的激光介質(zhì)13,把脈動光轉(zhuǎn)換成非線性光的非線性光學(xué)裝置12,夾緊半導(dǎo)體激光器17的激光器托架17a和基板19,和夾緊激光介質(zhì)13和非線性光學(xué)裝置12的晶體夾緊件3。稍加壓力和暫時擰緊的情況下進行位置調(diào)整之后,用粘接劑等將激光器托架17a、基板19和晶體夾緊件3固定。因此,簡單地組裝光學(xué)部件就獲得了激光二極管激勵的固態(tài)激光器裝置,并且盡管溫度變化,該裝置仍能穩(wěn)定地工作。
文檔編號H01S3/094GK1173057SQ97113008
公開日1998年2月11日 申請日期1997年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者母里博志, 鈴木健司 申請人:三井石油化學(xué)工業(yè)株式會社