專利名稱：激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型所涉及一種全固態(tài)激光器，尤其涉及一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器。
但由于激光腔內(nèi)存在著增益交叉飽和效應(yīng)及和頻效應(yīng)引起的縱模耦合，導(dǎo)致輸出的倍頻光功率很不穩(wěn)定，即所謂的“綠光問題”，“綠光問題”使得該類激光器的應(yīng)用領(lǐng)域受到了很大的限制。解決“綠光問題”的有效途徑之一就是采用單縱模激光器，其原理是，單縱模激光器由于只允許一個縱模起振并倍頻輸出，因此摒除了和頻的產(chǎn)生，從而消除了“綠噪聲”。
取得單縱模輸出的方法很多，較為常用的是通過雙折射濾波器(Lyot濾波器)濾波選模。雙折射濾波器通常由兩部分組成，一是雙折射晶體波片，倍頻晶體(如KTP)一般同時起雙折射晶體波片的作用；二是選模元件，如布儒斯特片、檢偏器、F-P標準具等。在設(shè)計時，把倍頻晶體設(shè)計成我們希望起振的基波縱模的半波片(往返全程為全波片)，這樣在選模時，選模元件就只允許該縱模通過并起振，其余的縱模則由于損耗過大低于閾值而不能起振。
然而，由以上方法取得單縱模輸出也并不是穩(wěn)定的，這是因為雙折射晶體的波片效應(yīng)對溫度變化是非常敏感的，因此必須施加嚴格的溫控措施，否則將導(dǎo)致較大的功率起伏甚至跳模。但是這樣制作，不但整個器件的成本太高，而且體積也較龐大。
本實用新型的目的在于提供一種改進的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，它通過一種簡單易行的溫度補償方法解決雙折射濾波的漂移問題，無需或稍加溫控就可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，從而使之適用于多種領(lǐng)域。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管，設(shè)置在激光二極管后且與之光連接的是聚焦整形裝置，設(shè)置在與聚焦整形裝置后是平凹型后腔鏡，與平凹型后腔鏡光連接的是激光晶體，設(shè)置在激光晶體后的是濾波選模元件，與濾波選模元件光連接的是倍頻雙折射晶體；其特點是在所述的倍頻雙折射晶體后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體光連接的溫度補償晶體。
在上述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器中，其中，在所述的溫度補償晶體的一面鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長為1064納米的高反膜層而波長為532納米增透的膜層。
在上述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器中，其中，所述的倍頻雙折射晶體采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層。
本實用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1.本實用新型由于設(shè)置了溫度補償晶體，該溫度補償晶體是一種雙折射晶體，其折射率的熱變化特性可以對主倍頻晶體形成一種補償效應(yīng)；2.本實用新型由于溫度補償晶體達到其中一面與平凹型后腔鏡的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔，從而可獲得較為穩(wěn)定的單縱模輸出；3.本實用新型由于通過選取適當?shù)谋额l晶體與溫度補償晶體之間的長度比，由此可以使兩者共同組成的多級波片效應(yīng)對于溫度的變化不再敏感；同時恰好是希望起振的縱模的半波片，這樣整個結(jié)構(gòu)不但可以實現(xiàn)單縱模輸出，而且不會隨溫度的變化發(fā)生縱模漂移或跳模。
4.本實用新型通過一種簡單易行的溫度補償方法解決雙折射濾波的漂移問題，無需或稍加溫控就可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，因此極為實用。


通過以下對本實用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的一實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進一步理解本實用新型的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。其中，附圖為圖1是現(xiàn)有技術(shù)普通單縱模激光器器件原理圖；圖2是溫度補償方法的示意圖；圖3是依據(jù)本實用新型提出的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的原理圖。
請先了解現(xiàn)有技術(shù)激光器的工藝情況。
請參見圖1所示，圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種典型的單縱模激光器(以綠光波長為532nm納米的激光器為例)的原理圖。圖中標號為101是激光二極管(LD)，激射中心波長為808nm納米；與激光二極管(LD)101光連接的是聚焦整形裝置102，該聚焦整形裝置102通常由兩塊非球面透鏡組成，其作用是對激光二極管LD 101出射的不規(guī)則發(fā)散光束進行整形并聚焦至激光晶體202上；與聚焦整形裝置102光連接的是平凹型后腔鏡201，在平凹型后腔鏡201平的一面鍍波長為808納米的增透膜層，另一凹面上則鍍有波長為808納米的增透與波長為1064納米高反膜層；以將經(jīng)聚焦整形裝置102整形的發(fā)散的激光束聚焦至激光晶體202上；該激光晶體202為a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)，為激光增益介質(zhì)，其熒光發(fā)射主峰波長為1064nm納米，同時兩面均鍍有808納米及1064納米的雙增透膜；與激光晶體202光連接的是濾波選模元件203，可以采用布儒斯特片；與濾波選模元件203光連接的是倍頻雙折射晶體KTP 204，采用II類位相匹配切割，一面鍍1064納米及532納米的雙增透膜層，而另一面則鍍有對1064納米高反而對波長為532納米增透的膜層，此面與平凹型后腔鏡201的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔。
沿腔軸方向看，激光晶體202即a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)的光軸與倍頻晶體KTP的主軸成45°夾角，而與布儒斯特片法線夾角為零。這樣由增益晶體發(fā)射的π偏振光(含多個縱模)可通過布儒斯特片，由激光晶體202即NdYVO4激射出的e光束在進入倍頻晶體KTP后分為兩個偏振組份，在光束往返兩次通過KTP后，兩組份的位相差為Δφ＝4πΔnLKTP/λ，其中，Δn為倍頻晶體KTP兩正交軸的折射率差，LKTP為倍頻晶體KTP的長度，λ為不同縱模對應(yīng)下真空中的波長。
對于位相差為2π的整數(shù)倍的波長，返回后具有相同的偏振態(tài)，因此可以無損的通過布儒斯特片；而另一方面其他的波長返回時將成為橢圓偏振，具有一個沿σ軸方向的分量，因此在通過布儒斯特片時就會產(chǎn)生較大的損耗，從而受到抑制。這樣就得到了單縱模輸出。
但倍頻晶體KTP兩正交軸的折射率差Δn對于溫度的變化是非常敏感的(10-6/K量級)，這樣溫度變化時，KTP的波片效應(yīng)也會跟著變化，不再是我們希望起振的縱模的半波片，其腔內(nèi)損耗增大，倍頻輸出功率也相應(yīng)降低，溫度變化的一定程度，該縱模被完全抑制，但這時另外的縱模損耗會降低并因此而可能起振，即跳模。因此該類激光器為保證穩(wěn)定的單縱模輸出，對KTP、NdYVO4及LD都采取了溫控措施，特別是對于倍頻晶體KTP的溫度控制尤為嚴格。
對于倍頻雙折射晶體的溫度補償要著重考慮兩方面的因素第一、增大雙折射晶體波片的溫度容差，第二、不削弱雙折射濾波器的濾波效應(yīng)，這就要求我們根據(jù)倍頻晶體的屬性來選擇一種合適的晶體。
II類位相匹配KTP晶體的雙折射屬性如下no>ne,dnodT>dnedT]]>那么用來溫度補償?shù)碾p折射晶體須具備以下性質(zhì)(1)....no>ne,dnodT<dnedT]]>或(2)....no<ne,dnodT>dnedT]]>下面對他們分別予以討論①采用具有(no>ne,dnodT<dnedT)]]>性質(zhì)的雙折射晶體時，兩者應(yīng)光軸平行排列，如圖二(1)所示，設(shè)KTP長度為d1，溫度補償晶體長度為d2，當兩偏振分量依次通過它們后的位相差為Δφ=2πλ[(n10-n1e)d1+(d20-n2e)d2]]]>式中折射率下標中1，2分別表示KTP和溫度補償晶體，這樣dΔφdT=2πλ[d1(dn10dT-dn1edT)+d2(dn20dT-dn2edT)]]]>上式中，由于dn10dT-dn1edT>0,dn20dT-dn2edT<0]]>因此適當選取d1、d2的長度，可使dΔφdT→0,]]>從而起到溫度補償作用。
令dΔφdT=0,]]>可得d2d1=dn1odT-dn1edTdn2edT-dn2odT]]>②采用具有(no<ne,dnodT>dnedT)]]>性質(zhì)的雙折射晶體時，兩者應(yīng)光軸垂直排列，如圖二(2)所示，當兩偏振分量依次通過它們后的位相差為Δφ=2πλ[(n10-n1e)d1+(n2e-n2o)d2]]]>這樣，dΔφdT=2πλ[d1(dn10dT-dn1edT)+d2(dn2edT-dn2odT)]]]>此時，由于dn10dT-dn1edT>0,dn2edT-dn2odT<0]]>
因此適當選取d1、d2的長度，同樣可使dΔφdT→0,]]>令dΔφdT=0,]]>可得d2d1=dn1odT-dn1edTdn2odT-dn2edT]]>這樣我們就可以選取適當?shù)木w對KTP實施溫度補償了。
請參見圖3所示，這是本實用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器的原理圖。本實施例是采用了溫度補償方案后的單縱模激光器，由激光二極管101、聚焦整形裝置102、平凹型后腔鏡201、激光晶體202、濾波選模元件203、倍頻雙折射晶體204和溫度補償晶體205組成。其中，激光二極管LD 101的激射中心波長為808納米；與激光二極管LD 101光連接的是聚焦整形裝置102，通常聚焦整形裝置102由兩塊非球面透鏡組成，其作用是對激光二極管LD 101出射的不規(guī)則發(fā)散光束進行整形并聚焦至激光晶體202上；與聚焦整形裝置102光連接的是平凹型后腔鏡201，平凹型后腔鏡201的平面一側(cè)鍍波長為808納米的增透膜層，凹面一側(cè)則鍍有波長為808納米的增透膜層和波長為1064納米的高反膜層；設(shè)置在平凹型后腔鏡201后的且與之光連接的是激光晶體202，該激光晶體202為a-切的摻Nd的釩酸釔晶體(NdYVO4)，為激光增益介質(zhì)，其熒光發(fā)射主峰為波長是1064納米，同時兩面均鍍有波長為808納米及波長為1064納米的雙增透膜層；與激光晶體202光連接的是濾波選模元件203，在本實施例中濾波選模元件203采用的是布儒斯特片；設(shè)置在濾波選模元件203后的且與之光連接的是倍頻雙折射晶體KTP 204，在本實施例中，該倍頻雙折射晶體KTP 204采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層；與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在倍頻雙折射晶體KTP 204后設(shè)置一溫度補償晶體205，該溫度補償晶體205的一面鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長為1064納米高反而波長為532納米增透的膜層，此面與平凹型后腔鏡201的凹面共同構(gòu)成平凹諧振腔。倍頻晶體204與溫度補償晶體205按上述的溫度補償方案排列，兩者共同組成雙折射波晶片，兩者長度滿足以上溫度補償條件，同時恰好是我們希望起振的縱模的半波片，這樣整個結(jié)構(gòu)不但可以實現(xiàn)單縱模輸出，而且不會隨溫度的變化發(fā)生縱模漂移或跳模。
綜上所述，本實用新型激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，通過一種簡單易行的溫度補償晶體的加入，解決雙折射濾波的漂移問題，可使與激光倍頻晶體及選模元件組成的雙折射濾波器更加穩(wěn)定，從而可以降低對溫控的要求，甚至無需溫控系統(tǒng)即可獲得較為穩(wěn)定的單縱模輸出，因此極為實用。
權(quán)利要求1.一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管(101)，設(shè)置在激光二極管(101)后且與之光連接的是聚焦整形裝置(102)，設(shè)置在與聚焦整形裝置(102)后是平凹型后腔鏡(201)，與平凹型后腔鏡(201)光連接的是激光晶體(202)上，設(shè)置在激光晶體(202)后的是濾波選模元件(203)，與濾波選模元件(203)光連接的是倍頻雙折射晶體(204)；其特征在于在所述的倍頻雙折射晶體(204)后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體(204)光連接的溫度補償晶體(205)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，其特征在于在所述的溫度補償晶體(205)的一面鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長為1064納米的高反膜層而波長為532納米增透的膜層。
3.如權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，其特征在于所述的倍頻雙折射晶體(204)采用II類位相匹配切割，雙面均鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層。
專利摘要本實用新型涉及一種激光二極管泵浦的腔內(nèi)倍頻單縱模全固態(tài)激光器，包括一激光二極管，設(shè)置在激光二極管后且與之光連接的是聚焦整形裝置，設(shè)置在與聚焦整形裝置后是平凹型后腔鏡，與平凹型后腔鏡光連接的是激光晶體，設(shè)置在激光晶體后的是濾波選模元件，與濾波選模元件光連接的是倍頻雙折射晶體；其特點是在所述的倍頻雙折射晶體后設(shè)置一與倍頻雙折射晶體光連接的溫度補償晶體；該溫度補償晶體的一面鍍波長為1064納米及波長為532納米的雙增透膜層，另一面則鍍有波長為1064納米的高反膜層而波長為532納米增透的膜層。該簡單易行的溫度補償方法解決雙折射濾波的漂移問題，且可使激光器穩(wěn)定工作在單縱模狀態(tài)，從而使之適用于多種領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/082GK2569376SQ02267178
公開日2003年8月27日 申請日期2002年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月16日
發(fā)明者張哨峰, 郭占華, 張文照, 韋偉, 阮軍, 朱金明 申請人:上海冠威光電有限公司