專利名稱:一種半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本新型涉及一種半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu),特別涉及一種利用光纖耦合泵浦光的微型化半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體泵浦的激光器微型化一直是人們興趣重點(diǎn)之一。采用光纖耦合泵浦光已成為一種實(shí)用化的技術(shù)。人們已采用了利用光纖出光點(diǎn)直接泵浦微片型激光器,參見Microchip Lasers create light insmall spaces(J.J.Zay how ski,《Laser Focus world April》,1996,P73),該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用高滲雜的Nd:YAG激光器。采用單模光纖端面直接泵浦有明顯優(yōu)點(diǎn),光纖出光點(diǎn)僅幾個(gè)μm,它如直接進(jìn)入激光器增益介質(zhì),它的數(shù)值孔徑小,對高滲雜激光介質(zhì)有吸收深度淺點(diǎn)特點(diǎn),則泵浦點(diǎn)完全在激光腔基模體積中,而且光纖輸出泵浦光在激光介質(zhì)中泵浦光模場嚴(yán)格對稱均勻,回避其它耦合方式令人煩惱泵浦模場不均勻缺點(diǎn),這樣易產(chǎn)生穩(wěn)定單模激光輸出;同時(shí)由于采用了光纖輸出泵浦使產(chǎn)生泵浦光LD激光器與激光腔分離,這樣一方面可減小激光器體積;最重要的是在微型化激光消除了LD激光器作為最大熱源對微型激光整個(gè)激光器升溫而產(chǎn)生激光輸出不輸定因素。對微型激光即使整體制冷,如LD激光器存在其中,必須加大致冷功率,增加散熱片體積而使微型激光體積很難真正實(shí)現(xiàn)所需微型化。
如上所示,人們目前這方面工作僅用于Nd:YAG激光器上。在連續(xù)泵浦激光器中,微型化激光器最好激光介質(zhì)是高摻雜的Nd:YVO4,因?yàn)樗障禂?shù)大和吸收泵浦光受溫度影響小,或者說它的溫度范圍大得多。
但單模光纖偏振態(tài)極易受外界擾動而變化。即使是保偏光纖也不一定能保證偏振方向固定,尤其在微型激光器應(yīng)用在可活動的場所,彎曲等等形變產(chǎn)生壓力亦可能改變保偏光纖的偏振態(tài),眾所周知,對Nd:YVO4這類雙折射晶體激光介質(zhì),其吸收隨泵浦光的偏振方向不同而不同,換句話來講,當(dāng)光纖受擾動,其泵浦光偏振態(tài)將改變,激光器介質(zhì)吸收也隨之改變,從而使半導(dǎo)體泵浦激光輸出功率處在不穩(wěn)定狀態(tài)。
本新型的目的在于為解決單模光纖輸出泵浦光應(yīng)用于雙折射晶體類激光介質(zhì)中而設(shè)計(jì)一種新型激光器結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本新型采用如下結(jié)構(gòu),由光纖準(zhǔn)直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構(gòu)成耦合系統(tǒng),其中能將泵浦光準(zhǔn)直成平行光的光纖準(zhǔn)直器位于激光發(fā)生器的發(fā)出端,能使平行光泵浦分裂為兩束相互平行且偏振態(tài)相互垂直能空間分開o光和e光的雙折射晶體位于光纖準(zhǔn)直器的出光端,能使從雙折設(shè)晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于雙折射晶體出光端,且僅能接收雙折射晶體的一束光,自聚焦透鏡位于能使同一偏振方向兩束平行泵浦光再聚到同一焦點(diǎn)的位置上。激光振蕩腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔體。
本新型由于對泵浦光采用同偏振處理,則它泵浦到激光介質(zhì)上泵浦光偏振方向是唯一的,所以無論連續(xù)泵浦源光纖怎樣被擾動,它的偏振態(tài)怎樣變化,但在泵浦光在激光介質(zhì)上偏振是唯一,這樣對象Nd:YVO4這類雙折射晶體激光介質(zhì),激光介質(zhì)對泵浦光吸收功率不會因泵浦光偏振改變而產(chǎn)生很大功率跳躍;即使對象Nd:YAG這樣均勻介質(zhì)激光增質(zhì)晶體,由于泵浦光在其泵浦點(diǎn)上偏振態(tài)是單一,亦會產(chǎn)生單一偏振基輸出,而不會隨泵浦光偏振改變而輸出不同偏振光,這在一些特殊用途激光器中這亦非常重要。
本新型的微型激光器具有體積小,可采用各種激光介質(zhì),包括各向同性和各自異性激光增益介質(zhì),并成功解決單模光纖輸出偏振態(tài)隨機(jī)帶來各向異性激光增益產(chǎn)生激光功率隨起伏困境;同時(shí)保持了光纖輸出泵浦光隔離了LD激光器作為熱源優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生單頻輸出激光。由于其體積小,易于功率穩(wěn)定,在測量,儀器指示等其它方面有望有較大的應(yīng)用。
下面結(jié)合實(shí)例說明
圖1為本新型光路圖圖2為常用的激光腔結(jié)構(gòu)圖圖3為常用的激光腔結(jié)構(gòu)圖圖4為常用的激光腔結(jié)構(gòu)圖圖5為常用的激光腔結(jié)構(gòu)圖圖6為本新型結(jié)構(gòu)圖本專利光路圖如圖1所示,101為單模光纖準(zhǔn)直器,106為帶隔離器的光纖耦合輸出的LD激光器;激光從光纖107進(jìn)入準(zhǔn)直器101,102為雙折射晶體,其作用是將從準(zhǔn)直器101輸出隨意偏振的平行光分裂為兩個(gè)固定方向相互平行的O光和e光。而且O光和e光實(shí)現(xiàn)空間分離,偏振態(tài)相互垂直。103為相對泵浦光波長為1/2波片,其光軸與e光偏振方向相對為45°,使e光轉(zhuǎn)動90°,產(chǎn)生與O光相同偏振方向的光束,或直接加法拉第旋轉(zhuǎn)片轉(zhuǎn)動偏振方向90,最終使從雙折設(shè)晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光。104為透鏡,它將兩束相互平行相同偏光光泵浦聚焦會聚在同一焦點(diǎn),并使其聚焦在出激光介質(zhì)中。105為微式激光器振蕩腔。從104會焦的光進(jìn)入激光振蕩腔激光增益介質(zhì)中。
105的激光振蕩腔通常有圖2,圖3,圖4、圖5幾種結(jié)構(gòu)形式。由于激光器諧振結(jié)構(gòu)不是本專利討論重點(diǎn),這里只是簡單描述一下,圖2為微片式激光器,S1面與S2表相互平行,S1表面鍍在泵浦光高增透膜,同時(shí)對激光腔產(chǎn)生的激光波長高反射率膜,而S2面對激光振蕩波長部分反射,部分透射,而201本身則是激光增益介質(zhì)。這為平一平腔激光器。
圖3中,301為光增質(zhì)介質(zhì),302為信頻晶體,S1∥S2S3∥S4,面相互平行構(gòu)成激光振蕩腔,S1面面對泵浦光,它對激光振蕩波長高反,S4面對基頻光高反,但對倍頻光增透,S2、S3均對基頻光和倍頻光雙增透頻繁,圖3為平平腔激光器。
圖4中,401為凹面反射鏡,S1面為對泵浦光增透,對基波長高反,402為激光增益介質(zhì),403為普通光學(xué)玻璃時(shí),S2對基波波長部分透射,構(gòu)成平凹腔基波波長激光器;當(dāng)403為一倍頻晶體時(shí),S2則對基波高反,對倍頻光增透,則整個(gè)激光腔體產(chǎn)生倍頻光。圖5中,501為激光增益介質(zhì),S1面對泵浦光增透,對基波高反,503為平凹反射鏡,當(dāng)502為倍頻晶體時(shí),S2面對基波高反,對倍頻光增透,從而構(gòu)成平凹腔倍頻激光振蕩;當(dāng)502不存在時(shí)S2則對基波部分透射,從而構(gòu)成基波諧振腔。
還有其他種類微型諧振腔,本專利不再敘述。
圖6為本新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖,隨不同激光振蕩腔稍有差別。這里僅介紹一種最簡單半導(dǎo)體泵浦的平平腔倍頻激光器結(jié)構(gòu),如圖6所示。
圖6中,601為準(zhǔn)直器,602為金屬基座,603為雙折射晶體,604為波片,605為固定透鏡的金屬基座,608為透鏡(可直接采用0.25自聚焦透鏡,使透鏡表面與增益介質(zhì)前端面相接觸),606為激光增質(zhì)介質(zhì),607為倍頻晶體,606與607構(gòu)成平-平腔微片腔內(nèi)倍頻激光腔,晶體光學(xué)件均直接貼結(jié)在金屬基座602上。這樣可構(gòu)成半導(dǎo)體泵浦腔內(nèi)倍頻激光器。這個(gè)微型激光器較小尺寸可控制在3*3*30左右。圖6結(jié)構(gòu)可單獨(dú)作為一個(gè)器件,亦可在整個(gè)激光腔體加一層外套。但尺寸均很小。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu),其特征在于是由LD激光器、激光振蕩腔、以及由光纖準(zhǔn)直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構(gòu)成的耦合系統(tǒng)組成,其中能將泵浦光準(zhǔn)直成平行光的光纖準(zhǔn)直器位于激光發(fā)生器的發(fā)出端,能使平行光泵浦分裂為兩束相互平行且偏振態(tài)相互垂直能空間分開o光和e光的雙折射晶體位于光纖準(zhǔn)直器的出光端,能使從雙折設(shè)晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于雙折射晶體出光端,且僅能接收雙折射晶體的一束光,自聚焦透鏡位于能使同一偏振方向兩束平行泵浦光再聚到同一焦點(diǎn)的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu),其特征在于激光振蕩腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔體。
專利摘要一種半導(dǎo)體泵浦激光器結(jié)構(gòu),是由LD激光器、激光振蕩腔、以及由光纖準(zhǔn)直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構(gòu)成的耦合系統(tǒng)組成。本新型本微型激光器可采用各種激光介質(zhì),包括各向同性和各自異性激光增益介質(zhì),并成功解決單模光纖輸出偏振態(tài)隨機(jī)帶來各向異性激光增益產(chǎn)生激光功率隨起伏困境;同時(shí)保持了光纖輸出泵浦光隔離了LD激光器作為熱源優(yōu)點(diǎn)。由于其體積小,易于功率穩(wěn)定,在測量,儀器指示等其它方面有望有較大的應(yīng)用。
文檔編號H01S3/0941GK2453579SQ0024119
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月27日
發(fā)明者吳礪, 凌吉武, 李保華, 吳秀榕, 林彤 申請人:福建華科光電有限公司