整体化腔内混频微片激光器制造技术

本专利涉及一种整体化腔内混频微片激光器。由两个谐振腔独立产生的基频光一为ｅ光，一为ｏ光，通过双折射晶体在一个或多个非线性晶体中重合并混频或再经过一次或多次倍频或混频。产生基频光的激光增益介质，双折射晶体，及非线性晶体，均用光胶粘合，集成为一体。本实用新型专利技术彻底消除了绿光问题，可以高效地实现各种激光波长低噪声输出。根据本实用新型专利技术的基本原理可演变出多种结构以适应各种需要。本专利演示了一种仅包含一个激光增益介质，一个双折射晶体，两个非线性晶体，一个激光二极管泵浦源，及相应光学元件的高效紫外微片激光器。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及一种整体化腔内混频微片激光器。
技术介绍
为消除腔内混频中常见的绿光问题，基频光应由两个谐振腔独立产生。目前，已经 检索到的关于腔内混频的专利包括 1.美国专利US 5345457。该专利利用棱镜的色散效应将不同波长的光分束，使其 分别起振于两个腔中，实现基频光的独立起振。该方法结构复杂，调节难度大，稳定性也比较差。 2.美国专利US 5651019。该专利通过一双色膜将不同波长的基频光分束到两个 独立的激光腔中。该方案镀膜难度高，腔内损耗比较大，且不适合相同波长的基频光。 3.美国专利US 6816519。该专利通过一片PBS棱镜将两束不同的基频光分束到两 个独立的激光腔中，该方案镀膜难度高，且不易控制；另外，插入PBS分束棱镜损耗比较大。 4.德国专利DE 19610371。该专利通过一块双折射晶体将谐振腔分为两支。每支 含一激光增益介质，由一激光二极管泵浦。缺点是界面损耗大。且因两基频光的间隔受器 件尺寸限制，无法縮小，因而不得不采用厚双折射晶体，导致吸收增多，并对光束准直性要 求极高以避免滤光效应引起的损耗和噪音。 本专利采用全新的基频光和频机制，通过walk-off效应实现低损耗，高效率，低 噪声腔内混频。该方案结构简单，体积小巧，性能稳定，便于集成，适合微型化，整体化。
技术实现思路
本专利涉及一种整体化腔内混频微片激光器。其技术方案在于采用两个独立谐振 腔产生基频光，从而消除了绿光问题。产生的基频光线性偏振并互相垂直，通过双折射晶体 在非线性晶体中重合并混频，从而实现高效率激光输出。 本专利技术的基本结构包括激光增益介质，双折射晶体和非线性晶体。这些晶体均被 切割成薄片用光胶粘合，集为一体，形成低损耗，低噪声微片激光器。双折射晶体应对所通 过之波长透明，并有较大的双折射率。至少一个激光增益介质与双折射晶体的一个表面相 贴。至少一个非线性晶体与双折射晶体的一面相贴。这些元件构成两独立的谐振腔，非线 性晶体外侧镀膜构成两谐振腔的共同腔镜，激光增益介质外侧镀膜构成另一腔镜。两独立 光腔在激光增益介质中相互平行，在双折射晶体与非线性晶体的界面相交，在非线性晶体 中重合。 一个光腔在激光增益介质与双折射晶体中呈线性。另一个光腔在激光增益介质与 双折射晶体界面弯折，弯折角等于双折射晶体走离角。省去了用于产生单频的选模元件，也 无需为产生极多模而采用极短光腔，光腔总长度为毫米级。两基频光入射线垂直距离等于 双折射晶体长度与走离角正切的乘积。由此基本结构可演变出许多不同的结构以适合各种 应用。 例如，激光增益介质可各向同性或异性，可位于双折射晶体同一侧或分置两侧。泵3浦源可为二分离器件或一连体二元器件或由单一器件分成二束。光束分离可通过偏振差别 或其他方法实现。基于偏振差别的光束分离又有多种途径。 又如，基频光可由两激光增益介质单独产生，或由一激光增益介质及另一光源产 生。产生基频光的其他光源包括激光二极管，以激光二极管为泵浦源的固体激光器，及光参 量振荡器或放大器。 再如，除用于基频光混频的非线性晶体外，一个或多个非线性晶体可粘附在基本 结构上。通过进一步非线性作用包括混频或倍频，产生更短波长的激光，包括紫外激光。 本专利演示了一种仅包括一个泵浦源，一激光增益介质，一双折射晶体，及两个非 线性晶体的小尺寸，低成本可高效产生连续波紫外的微片激光器。 本专利技术结构上的灵活性导致器件尺寸进一步縮小，费用进一步降低，波长范围进 一步扩展。通过适当选择晶体材料及优化组合，从红外到紫外的多种波长均可获得。 此外，本专利技术适合各种工作模式，单模或多模，连续或脉冲。如果两基频光均为多 模，混频过程不存在简并，因而混频光模数倍增。将本专利技术用于激光显示器，可大大降低由 相干带来的斑点，从而改善影像质量。而且混频光模间隔非等距，消除了因自发Q-Switch 导致晶体损坏的隐忧。附图说明图la为本专利技术的基本结构图。 图lb为本专利技术的另一基本结构图，采用一各向同性的激光增益介质产生基频光。 图2a-2h为本专利技术采用的几种泵浦源结构图。 图3为本专利技术的另一种结构图，其中激光增益介质分置双折射晶体两侧。 图4为本专利技术的另一种结构图，可用于产生单模或平顶光谱输出。 图5a-5b为本专利技术的另二种结构图，其中基频光之一由激光二极管或光参量振荡器产生。 图6a-6f为本专利技术采用的几种结构图，用于产生所需波长包括紫外波长。具体实施方式本专利的结构特征在于利用e光在双折射晶体中的走离现象使两在独立谐振腔 中形成的基频光在非线性晶体中重合实现混频。实施技术方案的具体结构由图la至图6f 体现。其中图la为基本结构。其余为变通方案。 如图la所示，本专利技术的基本结构包括一对激光增益介质110和120，一双折射晶体 150，和一非线性晶体130。在此结构中增益介质的受激辐射截面与偏振有关。例如，Nd:YV04 的1064nm辐射沿ji -方向偏振。 增益介质110由波长为AM的泵浦光113激发，依靠第一谐振腔产生波长为、的 第一基频光115。泵浦光113的波长与增益介质110的吸收峰相重。若增益介质110的吸 收光谱与偏振有关，则泵浦光113的偏振方向亦应相符。同样，增益介质120由波长为AP2 的泵浦光123激发，依靠第二谐振腔产生波长为入2的第二基频光125。泵浦光123的波长 与增益介质120的吸收峰相重。若增益介质120的吸收光谱与偏振有关，则泵浦光123的 偏振方向亦应相符。第一基频光115在双折射晶体150中为e-光。第二基频光125则为o-光。这些均可通过调整激光增益介质及双折射晶体的主轴方向达成。 基频光115与基频光125依靠walk-off效应在独立的谐振腔中形成并在非线性 晶体130中重合并混频。第一谐振腔由镜面111和镜面131组成。第二谐振腔由镜面121 和镜面131组成。镜面111镀膜成对A工高反，而对A P1增透。镜面121对A 2高反，对入P2 增透。双折射晶体150与非线性晶体130之间的膜层153对、和、高透，对混频波长 入m高反。镜面131作为混频输出耦合则对、和、高反，而对混频波长入m增透。若混频过程为和频，则A m = 、、/(、+、) 若混频过程为差频，则A m = A工A 2/ I A 「入2 I 。 激光输出耦合透镜131可以一凹透镜129替换。引入一凹透镜形成半聚腔有助于 改善光束的准直性。从而减少因光束发散引起的能量损失及噪音。在谐振腔内引入凹透镜 的另一好处是补偿热透镜效应，提高光束质量。 改善光束准直性的最有效方法是尽量縮短双折射晶体的长度。采用e-光与o-光 折射率差大的双折射晶体有助于达到这一目的。亦可通过尽量縮短两泵浦光的间隔实现 例如采用二体激光二极管，或光纤耦合输出，或将单一泵浦光分成偏振相互垂直的两束光， 分别激活增益介质110和120。在美国专利申请号11/143127及11/378552中均有详细描 述。本专利图2将进一步提出几种可能的分光结构。 图lb描述了本专利技术的另一基本结构。其中，与偏振有关的增益介质110和120被 一各向同性的介质140，例如Nd:YAG，取代。由于偏振差别，只有115_e光能在第一谐振腔 中形成激光，而只有125-0光能在第二谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体化腔内混频微片激光器，其特征是：由至少一个激光增益介质，至少一个非线性晶体，至少一个双折射晶体，激光二极管泵浦组合，及光学元件构成；其中：双折射晶体应对所通过之波长透明，并有较大的双折射率；至少一个激光增益介质与双折射晶体的一个表面相贴；至少一个非线性晶体与双折射晶体的一面相贴；所有晶体均切割成薄片采用光胶粘合，集成为一体；这些元件构成两独立的谐振腔，非线性晶体外侧镀膜构成两谐振腔的共同腔镜，激光增益介质外侧镀膜构成另一腔镜；两独立光腔在激光增益介质中相互平行，在双折射晶体与非线性晶体的界面相交，在非线性晶体中重合；一个光腔在激光增益介质与双折射晶体中呈线性，另一个光腔在激光增益介质与双折射晶体界面弯折，弯折角等于双折射晶体走离角；光腔总长度为毫米级；两光腔平行部分的垂直距离等于双折射晶体长度与走离角正切的乘积。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宁一，朱声白，刘理，
申请(专利权)人：维林光电苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]