V型諧振腔及基于v型諧振腔的激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]全固態(tài)激光器可通過(guò)腔內(nèi)倍頻實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)等激光輸出。高功率、小型化的全固態(tài)藍(lán)綠激光器在海洋探測(cè)、水下通信等軍事領(lǐng)域或者醫(yī)學(xué)方面具有重要應(yīng)用。藍(lán)綠激光通過(guò)進(jìn)一步倍頻可實(shí)現(xiàn)紫外甚至深紫外的激光輸出。紫外激光主要應(yīng)用于先進(jìn)研宄、開發(fā)和工業(yè)制造裝備?；谥?6/制^04晶體開發(fā)的紫外激光器(DPSS)更是微加工系統(tǒng)的絕佳選擇。
[0003]常用的全固態(tài)倍頻激光器往往采用的都是直線腔，在倍頻過(guò)程中，二次諧波會(huì)經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)，增大增益介質(zhì)的熱效應(yīng)，影響激光器輸出光束的穩(wěn)定性及輸出功率，為了減小增益介質(zhì)的熱效應(yīng)，通常增益介質(zhì)采用TEC制冷，增益介質(zhì)采用TEC制冷時(shí)不可避免的要引入復(fù)雜的制冷電路系統(tǒng)，從而使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0004]外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器屬于面發(fā)射激光器中的一種，是半導(dǎo)體激光技術(shù)中的新型器件。與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角小，不需要對(duì)輸出光束進(jìn)行整形，與傳統(tǒng)的固體激光器相比又有體積小、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器在激光顯示、激光通信、材料加工、醫(yī)療及國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)的外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的諧振腔是由外腔反射鏡和半導(dǎo)體分布布拉格光柵組成的直線腔。采用此種諧振腔，對(duì)諧振腔內(nèi)行進(jìn)的光線具有散射作用，從而會(huì)增加器件的激射閾值，降低器件的效率和輸出功率。同時(shí)傳統(tǒng)的直腔的泵浦光線和諧振腔成一定的角度，這樣的激勵(lì)方式不利于有源層的吸收，反而會(huì)增加激光器的泵浦閾值，影響激光器的輸出功率及其穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器中直線諧振腔對(duì)腔內(nèi)行進(jìn)的光線具有散射作用，導(dǎo)致器件的激射閾值增加，器件的效率和輸出功率降低，同時(shí)泵浦光線和諧振腔成一定的角度，這樣的激勵(lì)方式不利于有源層的吸收，反而會(huì)增加激光器的泵浦閾值，影響激光器的輸出功率及其穩(wěn)定性，及全固態(tài)倍頻激光器采用直線腔倍頻會(huì)影響激光器輸出光束的穩(wěn)定性及輸出功率的問(wèn)題，從而提供V型諧振腔及基于V型諧振腔的激光器。
[0006]V型諧振腔，它包括:一號(hào)反射鏡、二號(hào)反射鏡和輸出親合鏡；
[0007]激光在一號(hào)反射鏡、二號(hào)反射鏡和輸出親合鏡之間傳輸，傳播路徑是“ V”型。
[0008]上述一號(hào)反射鏡放置于“V”型的轉(zhuǎn)折處。
[0009]上述輸出耦合鏡放置于“V”型的轉(zhuǎn)折處。
[0010]上述輸出親合鏡為凹面鏡。
[0011]第一種基于V型諧振腔的激光器它包括:泵浦光源、一號(hào)聚焦透鏡、增益介質(zhì)和V型諧振腔；
[0012]泵浦光源發(fā)出的泵浦光經(jīng)一號(hào)聚焦透鏡聚焦到增益介質(zhì)的一端，從增益介質(zhì)的另一端出射的激光入射到一號(hào)反射鏡，一號(hào)反射鏡將激光反射到二號(hào)反射鏡，激光在所述的V型諧振腔內(nèi)產(chǎn)生諧振。
[0013]上述一號(hào)反射鏡為布拉格反射鏡。
[0014]上述增益介質(zhì)由半導(dǎo)體材料組成。
[0015]上述一號(hào)聚焦透鏡為非球透鏡。
[0016]第二種基于V型諧振腔的激光器，它包括:激光二極管、二號(hào)聚焦透鏡、增益介質(zhì)、輸出耦合鏡、倍頻晶體和二號(hào)反射鏡；
[0017]增益介質(zhì)在泵浦光入射方向的前端面鍍?nèi)瓷淠?，該全反射膜?gòu)成一號(hào)反射鏡，激光二極管發(fā)出的泵浦光經(jīng)二號(hào)聚焦透鏡聚焦到增益介質(zhì)的前端面，激光器產(chǎn)生的基頻光在所述V型諧振腔內(nèi)振蕩，倍頻晶體位于二號(hào)反射鏡與輸出耦合鏡之間的光路上，輸出耦合鏡對(duì)泵浦光和基頻光均高反，輸出耦合鏡對(duì)倍頻光的透過(guò)率大于O。
[0018]上述倍頻晶體的中心與基頻光束的束腰位置重合。
[0019]本發(fā)明所述的V型諧振腔，可以通過(guò)控制諧振腔的長(zhǎng)度和輸出耦合鏡的尺寸限定諧振腔內(nèi)的模式數(shù)量，通過(guò)改變輸出耦合鏡的曲率半徑來(lái)改變諧振腔內(nèi)部束腰的位置，避免了直線諧振腔中諧振腔對(duì)腔內(nèi)行進(jìn)的光線的散射，此諧振腔可以實(shí)現(xiàn)垂直的泵浦方式，這種泵浦方式有利于有源層的吸收，“V”型的角度可變，根據(jù)激光器的輸出功率及穩(wěn)定性可以選擇最優(yōu)的“V”型角度。
[0020]本發(fā)明所述的第一種基于V型諧振腔的激光器為外腔半導(dǎo)體激光器，聚焦透鏡為非球透鏡，增益介質(zhì)由半導(dǎo)體材料組成，一號(hào)反射鏡、二號(hào)反射鏡和輸出耦合鏡組成了激光器的V型諧振腔。泵浦光源發(fā)出的光經(jīng)聚焦透鏡入射到工作物質(zhì)上，被工作物質(zhì)吸收并產(chǎn)生光生載流子，光生載流子經(jīng)過(guò)輻射復(fù)合后發(fā)光，產(chǎn)生光子，光子產(chǎn)生諧振，當(dāng)激光的強(qiáng)度超過(guò)閾值后，由輸出耦合鏡輸出激光。在本激光器的諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了垂直的泵浦方式，這種泵浦方式有利于有源層的吸收，降低了在諧振腔內(nèi)部行進(jìn)光束的散射作用，進(jìn)而降低激光器件閾值，能夠提高激光器的輸出功率及穩(wěn)定性。
[0021]本發(fā)明所述的第二種基于V型諧振腔的激光器為全固態(tài)倍頻激光器，激光二極管發(fā)出的泵浦光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡入射到增益介質(zhì)上，被工作物質(zhì)吸收并產(chǎn)生光生載流子，光生載流子經(jīng)過(guò)輻射復(fù)合后發(fā)光，產(chǎn)生光子，激發(fā)基頻光在V型結(jié)構(gòu)諧振腔內(nèi)部振蕩?；l光經(jīng)過(guò)放置在光腰處的倍頻晶體，產(chǎn)生倍頻光。傳統(tǒng)的倍頻激光器，其二次諧波會(huì)經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)，增大增益介質(zhì)的熱效應(yīng)，降低了輸出光束的穩(wěn)定性及輸出功率，現(xiàn)有技術(shù)中，為了減小增益介質(zhì)的熱效應(yīng)，通常采用TEC制冷，采用TEC制冷時(shí)不可避免的要引入復(fù)雜的制冷電路系統(tǒng)，從而使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而本發(fā)明沒(méi)有研宄制冷技術(shù)，而是通過(guò)改變結(jié)構(gòu)使得倍頻光只在二號(hào)反射鏡和輸出耦合鏡構(gòu)成的腔臂內(nèi)傳輸，不經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在減小激光器的熱效應(yīng)的同時(shí)還提高了輸出光束的穩(wěn)定性及輸出功率，本發(fā)明只通過(guò)增加一片反射鏡就有效的降低了激光器的熱效應(yīng)，并且無(wú)須使用TEC制冷增益介質(zhì)，進(jìn)而完全舍棄了復(fù)雜的制冷電路系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，并且成本與現(xiàn)有技術(shù)相比也大幅度降低。另夕卜，根據(jù)輸出耦合鏡曲率半徑的大小，可以計(jì)算腔臂內(nèi)束腰位置，將倍頻晶體的中心放置在基頻光束的束腰處，可以提高倍頻激光器的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性。
[0022]本發(fā)明中的V型諧振腔可作為激光器的諧振腔，基于V型諧振腔的激光器可作為激光顯示、激光通信、材料加工、醫(yī)療及國(guó)防等領(lǐng)域的光源。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是【具體實(shí)施方式】二所述的V型諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是【具體實(shí)施方式】三所述的V型諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是【具體實(shí)施方式】五所述的基于V型諧振腔的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是【具體實(shí)施方式】十一所述的基于V型諧振腔的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的V型諧振腔，它包括:一號(hào)反射鏡1、二號(hào)反射鏡2和輸出親合鏡3 ；
[0028]激光在一號(hào)反射鏡1、二號(hào)反射鏡2和輸出親合鏡3之間傳輸，傳播路徑是“V”型。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:參照?qǐng)D1具體說(shuō)