專利名稱：半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高功率、高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體泵浦固體激光器件，特別涉及一種半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著半導(dǎo)體激光器的發(fā)展，半導(dǎo)體泵浦固體激光器(DPSSL)逐漸取代了傳統(tǒng)的閃光燈泵浦固體激光器(FPSSL)，與FPSSL相比，DPSSL不僅結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，功耗小，效率高、壽命長(zhǎng)，光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，而且DPSSL和非線性混頻技術(shù)相結(jié)合，可以更容易實(shí)現(xiàn)從紅外到紫外光的波段覆蓋。為了得到高功率、高光束質(zhì)量的DPSSL激光輸出，近年來(lái)又發(fā)展了多點(diǎn)泵浦的多激光晶體，多腔鏡的折疊方式，并用半導(dǎo)體激光器或光纖耦合的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦，在頻率轉(zhuǎn)換激光器方面(倍頻、多倍頻)得到廣泛的應(yīng)用。在已知技術(shù)中，有典型的多激光晶體，多腔鏡的多點(diǎn)泵浦折疊腔激光器，如圖1所示。圖中，1、3、6為折疊腔的腔鏡1對(duì)振蕩激光全反，3不僅全反且對(duì)泵浦激光高透，6對(duì)振蕩激光部分反射，為激光腔的輸出耦合鏡。2為激光工作物質(zhì)，如Na；YAG。4為泵浦光的聚焦系統(tǒng)。5為泵浦光源，如半導(dǎo)體激光器或光纖耦合的半導(dǎo)體激光器。7為激光輸出。圖中有四套2、3、4、5組成了四點(diǎn)泵浦多路徑的折疊結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的要求，可以設(shè)計(jì)成兩點(diǎn)，三點(diǎn)甚至超過(guò)四點(diǎn)泵浦。在輸出耦合鏡的前面還可以插入非線性晶體8，如KTP、LBO等。
但是，上述多點(diǎn)泵浦的多激光晶體，多腔鏡的折疊方式，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)難度大，生產(chǎn)成本高，不利于小型化和模塊化，難于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是保留上述折疊腔的多點(diǎn)泵浦的結(jié)構(gòu)思想，減小其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和體積，將晶體腔鏡的數(shù)量減為一個(gè)，依靠腔的多路徑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)泵浦，提供一種高功率、高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，由一個(gè)半導(dǎo)體激光器(若想得到更大的激光輸出，泵浦光也可以使用多個(gè)光纖耦合的半導(dǎo)體激光器替代)、準(zhǔn)直模塊、微透鏡陣列和腔等構(gòu)成。微透鏡陣列由二個(gè)或多個(gè)聚焦透鏡組成；腔由二個(gè)腔鏡13和16以及激光晶體組成，腔的長(zhǎng)度L等于腔鏡13與腔鏡16之間的距離，腔長(zhǎng)L由腔鏡16(凹面反射鏡)的曲率半徑和激光路徑數(shù)n決定的；腔鏡13鍍?cè)诩す饩w上，激光晶體與腔鏡16之間可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)能夠產(chǎn)生不同頻率光的非線性晶體，亦可以不設(shè)置非線性晶體；半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)過(guò)快—慢軸準(zhǔn)直模塊成為平行光，通過(guò)微透鏡陣列，在激光晶體上被聚焦成二個(gè)或多個(gè)泵浦點(diǎn)。激光在腔內(nèi)形成二路或多路徑振蕩之后，再通過(guò)腔鏡16獲得預(yù)想的激光輸出。
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，其特征是組成腔的腔鏡13與腔鏡16分別為平面鏡與凹面反射鏡，也可以是凸面反射鏡與凹面反射鏡或凹面反射鏡與凹面反射鏡。但是，基于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉方面的考慮，選擇平—凹結(jié)構(gòu)且把平面腔鏡鍍?cè)诩す饩w上為佳。
本實(shí)用新型所稱的激光腔，其特征是微透鏡陣列由三個(gè)聚焦透鏡組成，由此聚焦成三個(gè)泵浦點(diǎn)(聚焦透鏡數(shù)量等于泵浦點(diǎn)數(shù))。
本實(shí)用新型所稱的激光腔，其特征是激光晶體與腔鏡16之間設(shè)置一個(gè)非線性晶體。
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光器的工作原理如下所謂多路徑結(jié)構(gòu)，指的是在腔內(nèi)兩個(gè)腔鏡之間，可以形成一個(gè)自洽的、由多條光路組成的、類似于折疊腔的激光模式。這種激光模式在腔鏡上可以形成多個(gè)反射點(diǎn)。以平—凹腔的多路徑結(jié)構(gòu)為例，設(shè)路徑數(shù)為n，計(jì)算可以得到，腔的g參數(shù)為g＝CO22π/n，假設(shè)凹面鏡的曲率半徑為R，則所要求的腔長(zhǎng)L＝R(1-g)，即L＝R(1-CO22π/n)。圖2所示，設(shè)路徑數(shù)為4，則腔長(zhǎng)L＝R(1-CO22π/4)＝1/2R；即腔長(zhǎng)等于凹面反射鏡曲率半徑的一半。圖3所示，設(shè)路徑數(shù)為6，則腔長(zhǎng)L＝1/4R。
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔具有構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積小、造價(jià)低、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。由于把泵浦光分成了幾份，使得晶體熱效應(yīng)大為減小，有利于得到更好光束質(zhì)量的激光，可利用的泵浦光可以提高幾倍。因而，實(shí)現(xiàn)的最大激光輸出功率可以提高n倍。本實(shí)用新型可廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體泵浦固體激光器、半導(dǎo)體泵浦激光放大器、半導(dǎo)體泵浦激光器倍頻、多倍頻以及半導(dǎo)體泵浦激光放大器倍頻、多倍頻等領(lǐng)域。


附圖1為典型的多激光晶體、多腔鏡的多點(diǎn)泵浦折疊腔激光器示意圖；附圖2為四路徑的多路徑平—凹腔原理圖；附圖3為六路徑的多路徑平—凹腔原理圖；附圖4為單個(gè)半導(dǎo)體激光器3點(diǎn)泵浦四路徑激光腔示意圖；附圖5為單個(gè)半導(dǎo)體激光器3點(diǎn)泵浦六路徑激光腔示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1結(jié)合圖4所示敘述如下選擇n＝4的多路徑結(jié)構(gòu)，選用20W的半導(dǎo)體激光器條形巴9，發(fā)光長(zhǎng)度為10mm，半導(dǎo)體激光經(jīng)過(guò)快—慢準(zhǔn)直模塊10成為平行光，經(jīng)過(guò)由三個(gè)聚焦透鏡組成的微透鏡陣列11，在激光晶體(材料為Na:YVO4，即摻釹的釩酸釔，尺寸規(guī)格為15mm×4mm×4mm)14上被聚焦成間隔為4mm的三個(gè)泵浦點(diǎn)12，腔由腔鏡13、激光晶體14和腔鏡16組成，激光晶體14與腔鏡16之間設(shè)置了一個(gè)非線性晶體15。腔鏡13為平面鏡且鍍?cè)诩す饩w14上。腔鏡16為凹面反射鏡，其曲率半徑為200mm，作為激光輸出17的腔鏡，膜層性能為在1064nm(納米)高反，在532nm高透。腔鏡13的性能要求在1064nm高反，在808nm高透。非線性晶體(KTP)15選用10mm作為倍頻材料，輸出激光17為2.5W的綠光。
實(shí)施例2結(jié)合附圖5所示，詳細(xì)敘述如下選擇n＝6的多路徑結(jié)構(gòu)，選用20W半導(dǎo)體激光器9、發(fā)光長(zhǎng)度為10mm，激光經(jīng)快—慢準(zhǔn)直模塊10成為平行光，經(jīng)過(guò)由三個(gè)透鏡組成的微透鏡陣列11之后，在激光晶體(材料為Nd:YUO4，規(guī)格為15mm×4mm×4mm)14上被聚焦成間隔為4mm的三個(gè)泵浦點(diǎn)12。腔由腔鏡13激光晶體14和腔鏡16組成。腔鏡13為平面鏡且鍍?cè)诩す饩w14上，其性能為在1064nm(納米)高反，在808nm高透。腔鏡16為凹面反射鏡，其曲率半徑為400nm，在激光輸出點(diǎn)的1064nm的反射率為90％。計(jì)算可得腔長(zhǎng)L＝100nm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果從腔鏡16激光輸出17為10W的紅外激光。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，由半導(dǎo)體激光器(9)、準(zhǔn)直模塊(10)，微透鏡陣列(11)和腔等構(gòu)成，其特征是微透鏡陣列(11)由二個(gè)或多個(gè)聚焦透鏡組成；腔由腔鏡(13)，激光晶體(14)和腔鏡(16)組成，腔的長(zhǎng)度L等于腔鏡(13)與腔鏡(16)之間的距離，腔長(zhǎng)L由腔鏡(16)的曲率半徑R和激光路徑數(shù)N決定；腔鏡(13)鍍?cè)诩す饩w(14)上，激光晶體(14)與腔鏡(16)之間可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)能夠產(chǎn)生不同頻率光的非線性晶體(15)，亦可以不設(shè)置非線性晶體(15)；半導(dǎo)體激光器(9)產(chǎn)生的激光經(jīng)過(guò)快一慢軸準(zhǔn)直模塊(10)成為平行光，通過(guò)微透鏡陣列(11)，在激光晶體(14)上被聚焦成二個(gè)或多個(gè)泵浦點(diǎn)(12)、激光在腔內(nèi)形成二路或多路徑振蕩之后，再通過(guò)腔鏡(16)獲得預(yù)想的激光輸出(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，其特征是微透鏡陣列(11)由三個(gè)聚焦透鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，其特征是組成腔的腔鏡(13)與腔鏡(16)分別為平面鏡(13)與凹面反射鏡(16)，也可以是凸面鏡(13)與凹面反射鏡(6)或凹面反射鏡(13)與凹面反射鏡(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，其特征是激光晶體(14)與腔鏡(16)之間設(shè)置一個(gè)非線性晶體(15)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體多點(diǎn)泵浦多路徑激光腔，由半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)直模塊、微透鏡陣列和腔等組成；腔由兩個(gè)腔鏡和激光晶體組成，腔內(nèi)可插入一個(gè)或多個(gè)非線性晶體。激光通過(guò)微透鏡陣列，在激光晶體上被聚焦成二個(gè)或多個(gè)泵浦點(diǎn)，在腔內(nèi)形成二路或多路徑振蕩之后，通過(guò)腔鏡獲得預(yù)想的激光輸出。由于把泵浦光分成了幾份，使得晶體熱效應(yīng)大為減小，有利于取得更好光束質(zhì)量的激光，能利用的泵浦光可以提高幾倍，因而，使能夠?qū)崿F(xiàn)的最大激光輸出功率提高幾倍。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體泵浦固體激光器、激光放大器，激光器倍頻，多倍頻以及半導(dǎo)體泵浦激光放大器倍頻，多倍頻等領(lǐng)域，具有構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積小、造價(jià)低，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便易行等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/08GK2615923SQ0324146
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者王 鋒, 黃恒 申請(qǐng)人:武漢凌云光電科技有限責(zé)任公司