專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)激光器腔內(nèi)倍頻光的調(diào)制方法及其激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及腔內(nèi)倍頻激光器。
背景技術(shù)：
在激光顯示領(lǐng)域，半導(dǎo)體泵浦腔內(nèi)倍頻激光器是獲得激光光源的主要方式， 尤其是對(duì)于綠光光源更是如此。激光輸出功率的 一種常用調(diào)制方式是直接采用
調(diào)整泵浦源泵浦功率形式，其調(diào)制頻率一般為幾KHZ。由于建立激光振蕩需要一 定時(shí)間，從而其可調(diào)制頻率范圍非常有限；另一種方法是采用腔外聲光調(diào)制方 式，但其體積大，成本高，而且損失至少一半激光能量，亦較難用于大規(guī)P漠產(chǎn) 品化。

發(fā)明內(nèi)容
而本發(fā)明則是利用腔內(nèi)倍頻激光器所固有特點(diǎn)，提出一種新的調(diào)制方式， 從而實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光AM氐頻到高頻的寬頻率范圍調(diào)節(jié)。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
實(shí)現(xiàn)激光器腔內(nèi)倍頻光的調(diào)制方法，是利用腔內(nèi)倍頻光強(qiáng)度可近似與腔內(nèi) 損耗的平方成反比的關(guān)系，通過(guò)在腔內(nèi)倍頻激光器中引入對(duì)基波光損耗的《鼓調(diào) 系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光功率的調(diào)制。
進(jìn)一步的，所述的關(guān)系可以表示為IDB^ (iB/s) 2 ;其中IoB為倍頻光輸 出功率，Is為基波光輸出功率，5為腔內(nèi)損耗。
進(jìn)一步的，所述的微調(diào)系統(tǒng)可以是電光效應(yīng)的調(diào)制系統(tǒng)、磁光效應(yīng)的調(diào)制 系統(tǒng)、壓電效應(yīng)的調(diào)制系統(tǒng)或可調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)具。
實(shí)現(xiàn)激光器腔內(nèi)倍頻光的調(diào)制激光器結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光泵浦源(101)的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)(102 )進(jìn)入泵浦由諧振腔鏡(103、 104 )組成的諧振腔， 諧振腔內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)(105)、對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)和倍頻晶體 (106)。
進(jìn)一步的，所述的微調(diào)系統(tǒng)是一電光晶體(1081 )的非通光面上下兩側(cè)加 電極板(10911、 10912),通過(guò)調(diào)節(jié)電極板(10911、 10912)的電壓來(lái)調(diào)制電光 晶體(1081),所述的電光晶體(1081 )設(shè)置于起偏器(1071 )和檢偏器(1072 ) 之間。所述的電光晶體(1081)可以是LN晶體、BBO晶體、KTP晶體。
或者，所述的微調(diào)系統(tǒng)是一磁光晶體(1082)的非通光面周圍側(cè)加電磁場(chǎng) (1092 ),通過(guò)調(diào)節(jié)電i茲場(chǎng)(1092 )的磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制》茲光晶體(1082 )，所述的》茲 光晶體(1082 )設(shè)置于起偏器(1071)和檢偏器(1072 )之間。所述的^f茲光晶 體(1082 )可以是YIG晶體。
或者，所述的微調(diào)系統(tǒng)是可調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)具(1083 )。
進(jìn)一步的，所述的倍頻晶體(106)是I類倍頻晶體，其光軸方向與所述的 起偏及檢偏器的偏振方向平行或垂直。所述的倍頻晶體(106)是II類倍頻晶 體，是晶體厚度相同且光軸相互正交的兩塊倍頻晶體構(gòu)成。所述的倍頻晶體 (106 )是II類倍頻晶體，并在倍頻晶體與后腔鏡之間設(shè)置一 1/4波片。
所述的激光器結(jié)構(gòu)可以是分體獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，亦可以是微片膠合一體式結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明是利用新的調(diào)制原理，利用腔內(nèi)倍頻激光輸出功率對(duì)腔內(nèi)基波光損
耗高度敏感的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)倍頻光輸出功率的高速調(diào)制。克服了已有技術(shù)的調(diào)
制范圍有限，且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的不足，能夠簡(jiǎn)單方便的實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光從
低頻到高頻的寬頻率范圍調(diào)節(jié)。


圖1 (a)是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1 (b)是本發(fā)明的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖1 (c)是本發(fā)明的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的激光器采用微片膠合一體式結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明是在連續(xù)泵浦的腔內(nèi)倍頻激光器中加入可對(duì)基波光損耗高速、小幅 度調(diào)整的調(diào)制器，如采用電光效應(yīng)，^磁光效應(yīng)，壓電效應(yīng)或標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)等制作 的調(diào)制器。利用腔內(nèi)倍頻激光輸出功率對(duì)腔內(nèi)基波光損耗高度敏感的特點(diǎn)，實(shí) 現(xiàn)對(duì)倍頻光輸出功率的高速調(diào)制。本發(fā)明特別適用于激光顯示中的各種激光源 的高速調(diào)制。
在半導(dǎo)體泵浦固體激光器中，若泵浦功率為10,基波光閾值為101，在合適 的輸出透過(guò)率時(shí)，其基波光輸出功率為lB,斜效率為Ti,則
IB="(I0-I01) (1) 若激光腔中加入非線性晶體，如倍頻晶體，且諧振腔輸出腔鏡改為對(duì)基波 光及倍頻光均高反的腔鏡，并忽略倍頻晶體倍頻的吸收損失，設(shè)此時(shí)腔內(nèi)單程 損耗為5，則腔內(nèi)基波光功率IcB可近似寫為
IcB=IB/S (2) 設(shè)倍頻光輸出功率為IDB，則Idb與IcB關(guān)系可近似寫為
Id, (Ib/S) 2 (3) 不難看出，倍頻光強(qiáng)度可近似認(rèn)為與腔內(nèi)損耗的平方成反比。 一般腔內(nèi)倍 頻激光器的腔內(nèi)損耗3=0.002=0,2%,倍頻輸出功率為IoB。；若S=0.02=2%,即腔 內(nèi)損耗擴(kuò)大10倍，則倍頻光輸出功率I'db。 (1/5) IDB。~IDB。/100,即倍頻輸出 光光強(qiáng)將降低100倍。
6本發(fā)明正是基于腔內(nèi)倍頻這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)腔內(nèi)倍頻激光器的高速調(diào)制系統(tǒng)，即在腔內(nèi)倍頻激光器中引入對(duì)基波光損耗微調(diào)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光功率的調(diào)節(jié)?？赏ㄟ^(guò)采用電光效應(yīng)，》茲光效應(yīng)，壓電效應(yīng)或標(biāo)準(zhǔn)具較易地實(shí)現(xiàn)這種損耗孩B周系統(tǒng)。
本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)可以采用實(shí)施例1:
參閱圖l(a)所示，半導(dǎo)體激光泵浦源101的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)102進(jìn)入泵浦由諧振腔鏡103和104組成的諧振腔，諧振腔內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)105,對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)和倍頻晶體106。
所述的微調(diào)系統(tǒng)是一電光晶體1081的非通光面上下兩側(cè)加電極板10911、10912,通過(guò)調(diào)節(jié)電核j反10911、 10912的電壓來(lái)調(diào)制電光晶體1081，所述的電光晶體1081設(shè)置于起偏器1071和檢偏器1072之間。所述的電光晶體1081可以是LN晶體、BBO晶體、KTP晶體。電光晶體1081通光方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，高度為d,在通光截面兩側(cè)加電壓。由于腔內(nèi)倍頻激光器光斑大小通常在一百微米到幾百微米之間，所以L/d值通?？蛇_(dá)10或以上。
常見(jiàn)的電光Q開(kāi)關(guān)，由于偏振方向要旋轉(zhuǎn)90。，即在半波電壓下工作，其半波電壓大多為幾千伏，即使L/d值為IO時(shí)亦需要幾百伏電壓。這樣高的電壓下對(duì)其調(diào)制電源要求高，而且只能到KHZ量級(jí)，很難達(dá)到MHZ量級(jí)。采用本發(fā)明對(duì)基波光損耗微調(diào)原理，使偏振角旋轉(zhuǎn)很小角度即可實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻光輸出功率的深度調(diào)制。
若腔內(nèi)正常損耗為0.2%，采用電光晶體使其偏振方向旋轉(zhuǎn)6° ;這時(shí)所引起的光強(qiáng)損耗為Sin26° ,則根據(jù)式(3)倍頻光輸出將下降為(1/5)2= (1/25)，這已達(dá)到大多數(shù)腔內(nèi)倍頻光調(diào)制深度。要產(chǎn)生6。旋轉(zhuǎn)角，所需電壓為(6/90)/ (L/D) *V1/2 (其中V1/2為L(zhǎng)=d電壓)，取L/d-10, V,3025V,則所需電壓為(6/90 ) / ( 1/10 ) *3025"20V,即調(diào)制電壓可降為20V。顯然這樣低的調(diào)制電壓下可較易實(shí)現(xiàn)MHZ或幾十MHZ輸出光調(diào)制。
實(shí)施例2:
參閱圖1 (b)所示，半導(dǎo)體激光泵浦源101的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)102進(jìn)入泵浦由諧振腔鏡103和104組成的諧振腔，諧振腔內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)105，對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)和倍頻晶體106。
所述的樣i調(diào)系統(tǒng)是一-茲光晶體1082的非通光面周圍側(cè)加電;茲場(chǎng)1092,通過(guò)調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)1092的磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制磁光晶體1082，所述的磁光晶體1082設(shè)置于起偏器1071和檢偏器(1072 )之間。由于所需旋轉(zhuǎn)角度較小，其所加磁場(chǎng)強(qiáng)度可較小或所需晶體長(zhǎng)度可較?？蓪?duì)某些磁光材料特別是透光波段在1. 1 ~ 1. 5 u m的材料，如YIG晶體，對(duì)基波光產(chǎn)生倍頻光實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制。
實(shí)施例3:
參閱圖l(c)所示，半導(dǎo)體激光泵浦源101的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)102進(jìn)入泵浦由諧振腔鏡103和104組成的諧振腔，諧振腔內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)105,對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)和倍頻晶體106。所述的微調(diào)系統(tǒng)是可調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)具1083。
實(shí)施例4:
本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)亦可應(yīng)用于分離腔結(jié)構(gòu)亦可制作成微片式激光器。參閱圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。其中201為激光增益介質(zhì)，202、 203為起偏器及檢偏器，可采用偏振吸收類晶體如Cr: YV04 (其對(duì)1. 064 um其中一個(gè)方向p及收較強(qiáng))，204為電光晶體，如LN、 BBO、 KTP等，205為倍頻晶體，Sl、 S2為激光腔膜層，206A、 206B為兩電極。激光增益介質(zhì)201、起偏器202、電光晶體204、檢偏器203和倍頻晶體205通過(guò)深化光膠為單一整體。類似的，利用電光效應(yīng)調(diào)制使諧振腔中的基波光產(chǎn)生可調(diào)損耗，從而對(duì)倍頻光實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制。
本發(fā)明的實(shí)施例中倍頻晶體如果采用是I類倍頻晶體，其光軸方向可與起偏及檢偏器的偏振方向平行(或垂直)；如果是II類倍頻晶體，可采用長(zhǎng)度相同、光軸相互正交的兩塊倍頻晶體或在倍頻晶體反射腔片之前加入1/4波片以消去倍頻晶體產(chǎn)生的波片效應(yīng)。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)激光器腔內(nèi)倍頻光的調(diào)制方法，其特征在于是利用腔內(nèi)倍頻光強(qiáng)度可近似與腔內(nèi)損耗的平方成反比的關(guān)系，通過(guò)在腔內(nèi)倍頻激光器中引入對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光功率的調(diào)制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的調(diào)制方法，其特征在于，所述的關(guān)系可以表示為Idb00 ( WS ) 2 ;其中l(wèi)DB為倍頻光輸出功率，lB為基波光輸出功率，S為腔內(nèi)損耗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制方法，其特征在于所述的微調(diào)系統(tǒng)可以是電光效應(yīng)的調(diào)制系統(tǒng)、磁光效應(yīng)的調(diào)制系統(tǒng)、壓電效應(yīng)的調(diào)制系統(tǒng)或可調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)具。
4. 一種實(shí)現(xiàn)激光器腔內(nèi)倍頻光的調(diào)制激光器結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光泵浦源(101)的泵浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)(102)進(jìn)入泵浦由諧振腔鏡(103、 104)組成的諧振腔，其特征在于諧振腔內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)(105)、對(duì)基波光損耗的微調(diào)系統(tǒng)和倍頻晶體(106)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微調(diào)系統(tǒng)是一電光晶體(1081 )的非通光面上下兩側(cè)加電極板(10911、 10912),通過(guò)調(diào)節(jié)電極板(10911、 10912 )的電壓來(lái)調(diào)制電光晶體(1081 ),所述的電光晶體(1081 )設(shè)置于起偏器(1071 )和檢偏器(1072 )之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的電光晶體(1081)可以是LN晶體、BBO晶體、KTP晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微調(diào)系統(tǒng)是一磁光晶體(1082 )的非通光面周圍側(cè)加電^f茲場(chǎng)(1092 ),通過(guò)調(diào)節(jié)電^f茲場(chǎng)(1092 )的磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制磁光晶體(1082 )，所述的磁光晶體(1082 )設(shè)置于起偏器(1071)和檢偏器(1072 )之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的磁光晶體(1082) 可以是YIG晶體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微調(diào)系統(tǒng)是可調(diào)制 的標(biāo)準(zhǔn)具(1083 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的倍頻晶體(106) 是I類倍頻晶體，其光軸方向與所述的起偏及檢偏器的偏振方向平行或垂直。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的倍頻晶體(106) 是II類倍頻晶體，是晶體厚度相同且光軸相互正交的兩塊倍頻晶體構(gòu)成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的倍頻晶體(106) 是II類倍頻晶體，并在倍頻晶體與后腔鏡之間設(shè)置一 1/4波片。
13. 根據(jù)4-12任一權(quán)利要求所述的激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的激光器結(jié)構(gòu) 可以是分體獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，亦可以是微片膠合一體式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及腔內(nèi)倍頻激光器。本發(fā)明是在連續(xù)泵浦的腔內(nèi)倍頻激光器中加入可對(duì)基波光損耗高速、小幅度調(diào)整的調(diào)制器，如采用電光效應(yīng)，磁光效應(yīng)，壓電效應(yīng)或標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)等制作的調(diào)制器。利用腔內(nèi)倍頻激光輸出功率對(duì)腔內(nèi)基波光損耗高度敏感的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)倍頻光輸出功率的高速調(diào)制。本發(fā)明特別適用于激光顯示中的各種激光源的高速調(diào)制。本發(fā)明是利用新的調(diào)制原理，利用腔內(nèi)倍頻激光輸出功率對(duì)腔內(nèi)基波光損耗高度敏感的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)倍頻光輸出功率的高速調(diào)制?？朔艘延屑夹g(shù)的調(diào)制范圍有限，且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的不足，能夠簡(jiǎn)單方便的實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻輸出光從低頻到高頻的寬頻率范圍調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01S3/10GK101640370SQ20091004225
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者策 任, 凌吉武, 礪 吳, 孫朝陽(yáng), 陳燕平, 馬英俊 申請(qǐng)人:福州高意通訊有限公司