CN101431210B - 一种微片式双腔激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器领域，更涉及双腔激光器。本发明包括泵浦系统、光学耦合系统和微片式谐振腔，微片式谐振腔为双腔激光器结构，采用两片微片激光增益介质构成微片式结构或者采用波导结构的双腔。第一片增益介质的前端S1.镀膜形成谐振腔1的前腔镜，S1膜为对λ₀增透、对λ₁高反膜；后端S2为腔1的后腔镜同时作为腔2的前腔镜，S2膜为对λ₁部分透过，对λ₀、λ₂高反膜；在第二片增益介质的后端S3镀膜形成谐振腔2的后腔镜，S3膜为对λ₁高反、对λ₂部分透射膜。利用激光增益介质吸收泵浦光λ₀产生波长为λ₁的激光，并作为泵浦源泵浦激光增益介质，产生波长为λ₂的激光。本发明可用于降低激光工作介质激光振荡阈值和提高泵浦光吸收效率。

Description

一种微片式双腔激光器

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及双腔激光器。

背景技术

在激光领域特别是固体激光器领域，很多激光增益介质由于存在吸收截面小和上能级寿命短等问题，而使激光器泵浦阈值较高，泵浦效率低，这限制了很多激光材料和激光器的应用。例如稀土离子Tm3+和Ho3+由于可产生2.0μm附近波段的激光而受到人们的关注，但却一直无法实现实用化。原因之一是该激活离子的上能级由于存在上转换过程而使能级寿命明显缩短，因而增加了使用难度。为解决上述问题，正如美国专利US5289482公开的，可采用腔内泵浦的方法来实现，激光器结构如图1所示，其中1为LD泵浦源，波长为785nm，2为光学透镜，3为Tm3+:YAG晶体，4为Ho3+:YAG晶体，5为后腔镜。当用785nm的LD泵浦光泵浦Tm3+:YAG晶体时，将产生2.0μm激光，采用产生的2.0μm激光再去泵浦Ho3+:YAG晶体就可得到2.1μm激光。

2008年，Emilie等在Optics Letters也报道了一种腔内泵浦结构实现了491nm的和频激光输出，其结构如图2所示。采用808nmLD激光器泵浦Nd:GdVO4晶体产生912nm激光，并用来泵浦Nd:YVO4晶体而产生1064nm激光，两种波长激光(912nm，1064nm)经KTP晶体和频得到491nm的激光输出。

但是，上述激光系统均为较高功率的分离腔结构，调整起来相对比较复杂。

发明内容

因此，本发明提出一种微片式腔内泵浦激光器结构来降低激光器的阈值和提高泵浦效率。

本发明是采用如下技术方案实现的：

本发明的微片式双腔激光器，包括泵浦光源、第一激光增益介质、第二激光增益介质。所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质均是微片介质或超薄介质，并通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形成微片双腔结构；泵浦光源的光λ0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长光λ1作为第二激光增益介质的泵浦光，输出第二波长光λ2。或者所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质与其它光学衬底材料通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形成光波导结构；泵浦光源的光λ0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长光λ1作为第二激光增益介质的泵浦光，输出第二波长光λ2。

实施结构一：所述的第一激光增益介质前端镀对λ0增透、对λ1高反的膜，后端镀λ1部分透过，对λ0、λ2高反的膜，所述的第二激光增益介质后端镀对λ1高反、对λ2部分透射的膜。

实施结构二：所述的第二激光增益介质后还光胶、胶合或深化光胶粘结有光学元件，所述的第一激光增益介质前端镀对λ0增透、对λ1高反的膜，后端镀λ1部分透过，对λ0、λ2高反的膜，所述的光学元件后端镀对λ1高反、对λ2部分透射的膜。

进一步的，所述的光学元件是倍频晶体、标准具、调Q晶体等光学元件。

实施结构三：所述的第一激光增益介质前端镀对对λ0增透，对λ1、λ2高反的膜，所述的第二激光增益介质后端镀λ0、λ1高反，对λ2部分透射的膜。

本实用新型的两个激光增益介质腔是振荡方向互相平行的谐振腔或者也可以是振荡方向互相平行的谐振腔。如上所述的微片增益介质可为掺杂不同激活离子的同种激光基质材料，也可为不同种类的激光基质材料。

所述的泵浦光源可为LD泵浦源或其它激光光源。所述的泵浦源可采用单个LD或LD阵列，并采用准直阵列准直或光纤耦合。

本发明采用如上技术方案，是一种新型的微片式腔内泵浦激光器结构，能够降低激光器的阈值和提高泵浦效率。

附图说明

图1是一种公知的双腔激光器的结构示意图；

图2是另一种公知的双腔激光器的结构示意图；

图3是本发明的第一实施例的激光器结构示意图；

图4是本发明的第二实施例的激光器结构示意图；

图5是本发明的第三实施例的激光器结构示意图；

图6(a)是本发明的第四实施例的激光器结构示意图；

图6(b)是图6(a)的横向剖视图；

图6(c)是本发明的第五实施例的激光器结构示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的结构包括泵浦系统，光学耦合系统和微片式谐振腔，微片式谐振腔为双腔激光器结构，采用两片微片激光增益介质构成，或者采用波导结构双腔构成。第一片增益介质的前端S1镀膜形成谐振腔1的前腔镜，S1膜为对λ0增透、对λ1高反的膜；后端S2为腔1的后腔镜同时作为腔2的前腔镜，S2膜为对λ1部分透过，对λ0、λ2高反的膜；在第二片增益介质的后端S3镀膜形成谐振腔2的后腔镜，S3膜为对λ1高反、对λ2部分透射的膜。利用303激光增益介质吸收泵浦光λ0产生波长为λ1的激光，并作为泵浦源泵浦404激光增益介质，产生波长为λ2的激光。

所述的微片谐振腔也可由两个激光增益介质共用两个相同膜层构成激光腔。

所述微片增益介质可为掺杂不同激活离子的同种激光基质材料；也可为不同种类的激光基质材料，增益介质可为微片介质也可为超薄介质。

所述的微片增益介质可与其它光学元件如倍频晶体，标准具，调Q晶体等光学元件，通过光胶、胶合或深化光胶粘结成微片式激光器，从而得到连续，脉冲或准连续的激光输出，可为基频激光，或倍频激光。

所述的泵浦源可为LD泵浦源或其它激光光源，可采用单个LD或LD阵列，并采用准直阵列准直或光纤耦合。

实施实例1：

如图3所示，301为LD泵浦源，波长为λ₀，302为光学耦合系统，303为微片激光增益介质1，304为激光增益介质2。膜S1与S2构成产生λ₁波长激光的谐振腔，膜S2和S3构成产生λ₂激光的谐振腔，其中膜S1为对λ₀增透、对λ₁高反的膜；膜S2为对λ₀、λ₂高反，对λ₁部分透过的膜；膜S3为对λ₁高反、对λ₂部分透射的膜。

泵浦光λ₀泵浦激光增益介质303产生λ₁波长的激光振荡，由于S1与S2面均为高反膜，从而可大大提高λ₁的腔内功率密度。304吸收激光λ₁并产生波长为λ₂的激光，由于304可获得接近理想的泵浦光光束质量和高泵浦功率密度，且S1与S3均为高反膜，λ₁激光除去腔内少量无效吸收及少量透射外，其余功率均被304吸收，从而可获得较高泵浦光吸收效率。

可采用图3所示的结构，实现背景技术中美国专利US5289482中描述的Tm³⁺:YAG，Ho³⁺:YAG的2.1μm波段的激光输出。

实施实例2：

同样采用图3所示结构，其中101为LD泵浦源，303为Nd:YAG晶体，304为.Er/Yb掺杂的YVO₄晶体或其它合适的基质材料。LD发出808nm激光去泵浦303产生946nm激光，该波长激光恰好处于Er/Yb离子的吸收波段，因而304将吸收946nm激光而输出约1550nm波长的激光。

实施实例3：

如图4所示，405为其它光学元件，如倍频晶体，调Q晶体等。激光腔膜S3镀在405上，与S2构成λ₂激光谐振腔，实现激光的调制输出。是在图3所示结构的基础上的改进。

本发明的实施例三采用图4所示结构，403采用Nd:GdVO₄晶体，404采用Nd:YVO₄晶体，405为倍频晶体，如KTP晶体等。LD输出808nm泵浦光泵浦Nd:GdVO₄微片产生912nm激光，而Nd:YVO₄晶体吸收912nm激光并产生1064nm波段的激光，两种波长激光经KTP晶体和频后实现491nm的激光输出。

实施实例4：

同样采用图4所示结构，403采用Nd:YVO₄晶体，404采用Co²⁺:MgF₂晶体，405为波长调谐元件。LD输出808nm泵浦光泵浦Nd:YVO₄微片，并产生1342nm激光，Co²⁺:MgF₂晶体吸收1342nm激光，经调谐可实现1.8～2.4μm波段的激光输出。由于Nd:YVO₄晶体在1.8～2.4μm波段的吸收很小，因此可将Nd:YVO₄晶体与Co²⁺:MgF₂晶体直接胶合形成图5所示结构的激光腔。图5所示为将双腔激光器合为一个激光腔的结构，其中膜S1为对λ₀增透，对λ₁、λ₂高反的膜，膜S2为对λ₀、λ₁高反，对λ₂部分透射的膜。这种结构对吸收截面较小的材料亦可获得几乎全部吸收，获得很高的泵浦吸收功率。

图5所示结构与图3、4所示结构的区别在于第一种激光增益介质503对λ₂激光的吸收大小。如503对λ₂激光无吸收或吸收可以被忽略时，可采用图3结构；如吸收较大时，则可采用图3或4所示结构，因为膜层S2阻止了λ₂激光进入503介质。

实施实例5：

本发明亦可采用波导腔结构，由于波导腔结构将光束限制在微米量级范围内传播以获得高光功率密度，因此大大降低了激光器的振荡阈值，结合本发明双腔结构的波导激光器将更容易实现激光输出，结构如图6(a)、图6(b)、图6(c)所示。图6(a)为采用侧面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向相互垂直，图6(b)为图6(a)的横截面，图6(c)为采用端面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向相互平行。图6(a)中601为LD阵列，602为准直透镜，603A、603B为光学衬底材料，604为光胶膜，605为激光增益介质1，606为激光增益介质2，其中604的折射率低于605、606的折射率形成波导腔，膜层S3与S4构成λ₁激光谐振腔，膜层S1与S2构成λ₂激光谐振腔，其中膜S1为对λ₁、λ₂高反的膜，膜S2为对λ₂透射的膜，膜S 3为对λ₀、λ₁、λ₂高反的膜，膜S4为对λ₀增透，对λ₁、λ₂高反的膜。

图6(c)中膜层膜S1为对λ0、λ1高反，对λ2透过的膜；S2为对λ0增透，对λ1、λ2高反的膜。采用端面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向相互平行。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种微片式双腔激光器，包括泵浦光源、第一激光增益介质、第二激光增益介质，其特征在于：所述的第一激光增益介质和第二激光增益介质相互层叠粘结在一起，并在其相背离的两侧面分别通过折射率低于第一、二激光增益介质的光胶膜粘结第一光学衬底和第二光学衬底，所述第一、二激光增益介质的两端面分别镀有第一膜层和第二膜层，所述的第一、二光学衬底与第一、二激光增益介质相粘结的表面分别镀有第三膜层和第四膜层，所述的第三膜层与第四膜层构成第一激光振荡波长的谐振腔，所述的第一膜层与第二膜层构成第二激光振荡波长的谐振腔，其中所述的第一膜层为对所述的第一激光振荡波长和第二激光振荡波长高反的膜，所述的第二膜层为对所述的第二激光振荡波长透射的膜，所述的第三膜层为对泵浦波长、所述的第一激光振荡波长和第二激光振荡波长高反的膜，所述的第四膜层为对泵浦波长增透、对所述的第一激光振荡波长和第二激光振荡波长高反的膜。

2.根据权利要求1所述的微片式双腔激光器，其特征在于：所述的微片增益介质为掺杂不同激活离子的同种激光基质材料，或为不同种类的激光基质材料。

3.根据权利要求1所述的微片式双腔激光器，其特征在于：所述的泵浦光源为LD泵浦源或其它激光光源。

4.根据权利要求3所述的微片式双腔激光器，其特征在于：所述的泵浦源采用单个LD或LD阵列，并采用准直阵列准直或光纤耦合。

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