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一种双腔激光器的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  2

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专利名称:一种双腔激光器的制作方法
技术领域
本发明涉及激光领域,尤其是涉及双腔结构的激光器。
背景技术
在激光领域特别是固体激光器领域,很多激光增益介质由于存在吸收截面 小和上能级寿命短等问题,而使其激光器阈值较高,泵浦效率较低,通常需要 采用较大功率的泵浦源,特别是对于吸收较小的微片或超薄增益介质,大部分 泵浦光都将得不到有效利用,这无疑限制了很多激光材料和激光器的应用。为
解决上述问题,正如美国专利说明书US5289482、 US6898230中描述的,采用腔 内泵浦的形式来提高对泵浦光的吸收效率。其中专利US6898230采用将LD (半导 体激光器)作为双腔激光器的内腔之一的方法来实现,结构如图l所示。其采用 侧面泵浦的方式,其中102为激光增益^h质,106为LD, 101与103构成激光增益 介质腔,104与105构成LD激光腔,且101与105构成泵浦光振荡腔,LD发出的泵 浦光将被增益介质吸收, 一次通过未被吸收的泵浦光将在101与105构成的腔中 往复振荡,并最终为增益介质吸收,从而提高了增益介质对LD能量的吸收效率, 并降低对LD泵浦源的要求。该专利基本采用侧面泵浦的形式且只对LD泵浦光进 行一般的准直,通常LD光束准直直径较大,所以该结构只适用较大模体积的激 光腔,而且多限于侧面泵浦方式,其激光器结构调整亦较困难,而降低其实用 价值。

发明内容
针对其不足,本发明提出一种新的可充分利用LD作为泵浦源的双腔结构激 光器。本发明是通过如下技术方案实现的
本发明的激光器的谐振腔采用腔内泵浦的双腔结构,LD与激光增益介质及 相应第一光学元件构成第一谐振腔,激光增益介质与其它第二光学元件构成第 二谐振腔;利用透镜将LD泵浦光聚焦于激光增益介质中进行端面泵浦,产生的 激光在所述的第二谐振腔中振荡,同时未^C吸收的泵浦光将在所述的第 一谐振 腔中往复振荡,并最终被激光增益介质吸收。
所述的第二谐振腔可以由分离元件构成分离结构的谐振腔,也可以由各光 学元件通过胶合、光胶或深化光胶构成一体结构的微片式谐振腔。
所述的第一谐振腔的LD构成腔可以是外腔式结构,也可以是在LD后端面 镀增透膜与所述光学元件构成。所述的第一谐振腔的LD可以采用单个LD或LD 阵列,通过普通光学准直系统构成,也可以是含有光纤耦合器的光学耦合系统 与光学元件构成。
所述的激光增益介质晶体做成薄盘片状,LD泵浦光从该薄片 一侧斜射入, 未,皮激光增益介质晶体吸收的泵浦光被其反射,在薄片另一侧的合适位置放置 另一片腔片^f吏LD泵浦光反射回去,进而泵浦光形成振荡。可用于泵浦高功率盘 片式激光器及制作宽温激光器等。
所述的双腔激光器可以加入其它光学元件如倍频晶体,调Q晶体等,获得 连续,脉冲或准连续的基波光或倍频光输出。
本发明采用上述技术方案,公开了一种新型的可充分利用LD作为泵浦源的 双腔结构激光器,用于降低激光增益介质振荡阁值和提高其对泵浦光的吸收效 率.,特别是对那些吸收系数较小,且介质的厚度较薄的激光增益介质。


图1是美国专利US6898230的双腔激光器结构示意图;图2(a)是本发明的第一实施例的结构示意图2(b)是本发明的第二实施例的结构示,图2(c)是本发明的第三实施例的结构示^:图3是本发明的第四实施例的结构示意图4(a)是本发明的第五实施例的结构示意图4(b)是本发明的第六实施例的结构示意图4(c)是本发明的第七实施例的结构示意图; '图4(d)是本发明的第八实施例的结构示意图4(e)是本发明的第九实施例的结构示意图4(f)是本发明的第十实施例的结构示意图5是本发明的第十一实施例的结构示意图。
具体实施例方式
现结合

具体实施方式
对本发明进一步说明。
本发明采用双腔激光器结构,包括LD泵浦系统,光学耦合系统及谐振腔。 作^泵浦光的LD与激光增益介质后端腔镜构成第一谐振腔,激光增益介质前端 腔镜和后端腔镜形成第二谐振腔。利用透镜将LD泵浦光进行聚焦用于泵浦激光 增益介质,产生的激光在第二谐振腔中振荡,同时一次通过未被吸收的泵浦光 将在第一谐振腔中往复振荡,并最终为激光增益介质吸收。
如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示,201为LD激光器,202为光学耦合系统, 203为微片激光增益介质,204为光学元件如倍频晶体等,S5为输出腔镜,Sl 与S2面为LD激光器(半导体激光器)的谐振腔,产生波长为入。的泵浦光;Sl 与S4面构成第一谐振腔,S3与S4面构成的激光增益介质谐振腔为第二谐振腔。 其中Sl面为对泵浦光入。高反的膜;S2面为对人。部分透射的膜;S3面为对入。增透、对入i高反的膜;S4面为对A。高反、对、透射的膜。LD为边发光或面发 光激光器,S4在S2面发光点的成像点上。
本发明的激光器的原理夂泵浦光入。经籩镜耦合后进入微片激光增益介质 203,并为激光增益介质203吸收,从而产生波长为入的激光振荡,其中未被吸 收的泵浦光被S4面反射再次经过增益介质203,仍没被吸收的泵浦光将通过原 光路返回到LD201,而再次-波S2面或Sl面反射。由于Sl与S4面对入。均为高 反膜,泵浦光将在由S1及S4构成的腔中往复振荡,从而大大提高入。的腔内功 率密度。入。除去腔内少量无效吸收和少量透射外,其余功率将均^皮^:片激光增 益介质203吸收。这样的结构对吸收截面较小的材料亦可获得很高的泵浦吸收 功率。
本发明利用LD构成腔可以是外腔式结构,亦可对图1的S2镀增透膜。
本发明的结构的一个关键点是使未被吸收的泵浦光可以被反射回Sl面而实 现在S1与S4面之间的振荡。由于LD的光束准直后直径大,本发明结构采用透 镜进行聚焦将泵浦光的光斑调整到较适合的尺寸,从而使该结构可适用于各种 腔结构端面泵浦激光器。
图2(b)所示的第二实施例为采用分离腔的双腔激光器结构,在增益介质后 端面镀膜S4与Sl形成泵浦光往复腔,前腔镜205与后腔4竟206构成增益介质 腔,或倍频腔等,泵浦光往复腔与增益介质激光腔可分别独立调整。
图2(c)所示的第三实施例,利用凹面4竟207可^f吏泵浦光聚焦点在激光增益 介质203中。
图3所示的第四实施例结构采用透镜进行光纤耦合,其中透镜302A可使LD 光耦合进光纤305中,透镜302B将光纤305输出光再会聚在激光增益介质303 中,镀膜S4在光纤305输出端面镀膜S6发光点的透镜成像点上。镀膜S1、镀膜S2、透镜302A、光纤305、透镜302B、激光增益介质303、镀膜S4构成第一 谐振腔。由于光纤耦合可将阵列LD输出光耦合到多模光纤中,因而可采用高功 率半导体激光器进行泵浦。采用该结构可使叙光器的调整更加灵活。
高功率激光器的另 一种重要形式是盘片激光器,其特点是激光增益介质具 有大的口径与厚度比,散热性能好,均匀泵浦和冷却时可大大减少热透镜效应, 适合于高功率发展需要。但因激光介质很薄,因而人们不得不采用复杂光路以 多次反射的方式来获得有效吸收。采用本发明图4(a)-图4(f)系列图的折叠腔 端面泵浦结构可有效解决这一问题。其中LD泵浦光通过LD或LD阵列以一定入 射角进入激光增益介质,通过薄片腔中反射,并在另一侧放置LD腔反射镜,构 成第一个谐振腔使未被吸收的泵浦光可被多次反射,且不影响激光振荡腔。
图4(a)的第五实施例中,401为LD阵列,402为光纤耦合系统,404为耦 合透镜,405为热沉,406为超薄激光增益介质,如Yb: YAG等,407为激光 腔镜,408为全反镜。镀膜Sl,光纤耦合系统402,光纤403,耦合透镜404, 镀膜S2,镀膜S3构成第一谐振腔。LD阵列401发出的泵浦光耦合到光纤403 中并用于泵浦激光增益介质406,未被吸收的泵浦光将在第一谐振腔中往复反 射,最终^皮激光增益介质406吸收,从而提高对泵浦光的吸收效率。泵浦源也 可采用单个LD,并直接采用光学系统准直,如图4(b)所示的第六实施例亦可釆 用透镜组将LD阵列的单元发光准直为方向相同、光束相互平行的平行光作泵浦 源,参阅图4(c)的第七实施例所示;同时泵浦光也可以以会聚形式泵浦激光增 益介质,如图4(d)的第八实施例所示。图4(e)的第九实施例中采用多组LD或 LD阵列以一定角度对同一片盘片激光增益介质404进行泵浦,调整光路使相对 的LD激光器构成泵浦光的振荡腔,图4(f)的第十实施例采用多组光纤耦合激光 光源401同时泵浦激光增益介质403,并用多个反射镜404对泵浦光进行反射,以提高激光介质对泵浦光的吸收效率,从而获得高功率输出。
本发明用于盘片激光器折叠腔内泵浦结构较其他常见盘片泵浦方式结构简
单,泵浦效率高,特别是多路求纤输出泵浦先结构更易实现高功率泵浦。
本发明的一个重要应用是制作超宽温激光器,即在较宽的温度范围内均可
正常使用的激光器,如野外-4(TC到+8(TC范围均可正常使用的激光器。通常LD 输出波长随温度变化而变化, 一般为0.3nm/°C,而激光增益介质的吸收带宽有 限,因此一般激光器均必须采用温度控制装置。由于本发明结构可降低对材料 吸收性能的要求,温度变化对激光性能的影响较小,因而可拓宽激光器的使用 温度范围,从而大大降低激光器功耗。例如Nd: YV04晶体在808nm波段的吸收 半4宽约为8nm,即可容许不加温控时,LD的温度带宽为30。C左右,但这不能 满足人们通常使用的-20。C到50。C环境温度,而808nm吸收带宽约30nm,则采 用本专利结构可容许LD的温度带宽为8(TC,从而实现较宽温度激光器的应用。
本发明亦可应用于波导激光器中,如图5的第十一实施例所示,采用端面 泵浦的方式,其中503为波导腔,镀膜S3,镀膜S4为波导腔膜,同时镀膜S4 与镀膜Sl构成泵浦光往复腔。同时利用波导腔限制光波传播特性与双腔结构对 泵浦光的反射可实现最大程度对泵浦光的利用。
本发明采用会聚光学耦合系统构成腔内泵浦的双腔激光器,并采用端面泵 浦方式,结构紧凑,调节方便,特别适用于中小功率的半导体泵浦固体激光器, 尤其半导体泵浦;f数片激光器。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员 应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。
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权利要求
1、一种双腔激光器,包括LD泵浦系统、光学耦合系统和谐振腔,其特征在于所述激光器的谐振腔采用腔内泵浦的双腔结构,LD与激光增益介质及相应第一光学元件构成第一谐振腔,激光增益介质与其它第二光学元件构成第二谐振腔;利用透镜将LD泵浦光聚焦于激光增益介质中进行端面泵浦,产生的激光在所述的第二谐振腔中振荡,同时未被吸收的泵浦光将在所述的第一谐振腔中往复振荡,并最终被激光增益介质吸收。
2、 根据权利要求l所述的双腔激光器,其特征在于所述的第二谐振腔可 以由分离元件构成分离结构的谐振腔。
3、 根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的第二谐振腔可 以由各光学元件通过胶合、光胶或深化光胶构成一体结构的微片式谐振腔。
4、 根据权利要求l所述的双腔激光器,其特征在于所述的第一谐振腔的 LD构成腔可以是外腔式结构。
5、根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的第一谐振腔的 LD构成腔可以是在LD后端面镀增透膜与所述光学元件构成。
6、 根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的第一谐振腔的 LD可以采用单个LD或LD阵列,通过普通光学准直系统构成。
7、 根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的第一谐振腔的 LD可以是含有光纤耦合器的光学耦合系统与光学元件构成。
8、 根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的激光增益介质 晶体做成薄盘片状,LD泵浦光从该薄片一侧斜射入,未被激光增益介质晶体吸 收的泵浦光被其反射,在薄片另 一侧的合适位置放置另一片腔片使LD泵浦光反 射回去,进而泵浦光形成振荡。
9、 根据权利要求l所述的双腔激光器,其特征在于所述的第二光学元件是倍频晶体。
10、根据权利要求1所述的双腔激光器,其特征在于所述的第二光学元件是调Q晶体。
全文摘要
本发明涉及激光领域,尤其是涉及双腔结构的激光器。本发明的双腔激光器采用腔内泵浦的双腔激光器结构,包括LD泵浦系统,光学耦合系统及谐振腔。作为泵浦光的LD与激光增益介质后端腔镜构成第一个谐振腔,激光增益介质前端腔镜和后端腔镜形成第二个谐振腔。利用透镜将LD泵浦光聚焦并用于泵浦激光增益介质,产生的激光在第二个激光腔中振荡,同时一次通过未被吸收的泵浦光将在第一个谐振腔中往复振荡,并最终为激光增益介质吸收。本发明的结构可用于降低激光工作介质振荡阈值和提高其对泵浦光的吸收效率,特别是对那些吸收系数较小,且介质的厚度较薄的激光增益介质。
文档编号H01S3/0941GK101494355SQ20081007237
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者凌吉武, 砺 吴, 陈燕平, 马英俊 申请人:福州高意通讯有限公司

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