CN101436747A

CN101436747A - 半导体泵浦ase激光器

Info

Publication number: CN101436747A
Application number: CNA2008100724224A
Authority: CN
Inventors: 吴砺; 凌吉武; 陈燕平; 杨建阳
Original assignee: Photop Technologies Inc
Current assignee: Photop Technologies Inc
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: CN101436747B

Abstract

本发明涉及激光领域，尤其涉及自发辐射放大(ASE)激光器。本发明的半导体泵浦ASE激光器采用LD或LD阵列泵浦无腔激光增益介质，产生高光束质量的自发放大辐射光。该结构包括LD泵浦系统，光学耦合系统及激光增益介质腔。激光增益介质一端镀振荡波长的高反膜，LD线形条状泵浦增益介质，产生的振荡波长两次经过增益介质，获得自发放大辐射光。激光增益介质可为微片结构，波导腔结构或腔内泵浦的双腔结构。本发明结构简单，调整容易，是很有应用前景的新型宽带光源。

Description

半导体泵浦ASE激光器

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及自发辐射放大(ASE)激光器。

背景技术

非相干宽带光源在光纤传感、光纤陀螺以及波分复用通信系统中器件的测试与分析中得到了广泛的应用。目前商用的宽带光源多为超辐射发光二级管(SLD)，但其存在使用寿命较短，波长稳定性差，输出功率低，空间相干性差，与单模光纤耦合困难等缺点，因而需要寻找新的光源。

自发辐射放大(ASE)是一种非振荡受激辐射放大过程，是介于激光与荧光之间的一种过渡状态。稀土掺杂光纤的自发辐射放大(ASE)光源由于具有发射谱宽、输出功率高、增益平坦、光纤长度短、结构简单等优点，获得了广泛的研究。但传统的掺铒石英光纤因其ASE谱的不平坦性导致有效线宽较窄，必须通过一些处理手段才可获得有效的宽带ASE光源，但这些处理方法不可避免导致机构复杂化，同时目前所获得的波长多在1550nm附近，不能满足工业需要。

最近伦敦帝国理工大学的科学家提出了制作无谐振腔Nd:YVO₄激光器来获得ASE光设想。这种激光器可以输出波长为1.06μm，功率为30W，M₂因子为1.3的大功率高准直激光束，结构见图1。这种激光器可获得较大的输出功率，且光束质量较好，对部件失准度有较大容差并且有较高的抗干扰性，因而可能是未来的理想宽带光源。但仍存在结构复杂等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种新结构来产生高效的放大的自发辐射(ASE)光。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的半导体泵浦ASE激光器，采用LD或LD阵列泵浦无腔激光增益介质，产生高光束质量的自发放大辐射光，其包括泵浦系统、光学耦合系统及激光增益介质腔，所述的激光增益介质腔一端镀ASE振荡波长的高反膜，泵浦系统的泵浦光线型长条状泵浦激光增益介质，所产生的振荡波长两次经过所述的激光增益介质，以获得自发辐射光。

所述的激光增益介质腔为微片结构。或者所述的激光增益介质腔为波导腔结构。或者所述的激光增益介质腔为腔内泵浦的双腔结构。

所述泵浦系统是LD或LD阵列光源或者非LD光源的其他激光源，采用端面或侧面方式对所述的激光增益介质进行泵浦。

所述的激光增益介质的平片与非激光增益介质平片通过胶合、光胶或深化光胶为一体，并将两通光面抛光。

所述的波导腔结构是将激光增益介质通过光学加工，镀膜，胶合方法使其上下及左右四个侧面均被折射率低于增益介质的衬底材料或胶层包围，形成波导结构。其中激光增益介质的厚度及宽度均达到微米量级，长度为几厘米。

可以采用LD阵列线状从非激光增益介质光学材料侧面泵浦激光增益介质长条；直接在两种材料接触面形成泵浦区域形成的类似波导腔结构取代所述的波导腔结构。

所述的双腔结构有两种：其中一种是由两块激光增益介质构成双腔，当泵浦源泵浦第一块增益介质时将产生第一种波长的激光，用该波长激光作为泵浦源泵浦第二块增益介质而产生ASE光。

另一种是采用泵浦系统的LD参与构成双腔，作为泵浦光的LD与激光增益介质后端腔镜构成第一个谐振腔，激光增益介质前端腔镜和后端腔镜形成第二个谐振腔，LD泵浦增益介质产生ASE光，一次通过未被吸收的泵浦光将在第一个谐振腔中振荡，并最终并增益介质吸收。

双腔结构泵浦亦有两种结构，即泵浦光振荡方向与ASE腔方向垂直和平行两种结构。

本发明采用LD或LD阵列泵浦无腔波导结构激光增益介质，产生高光束质量的自发放大辐射光。是一种新型结构的ASE激光器，具有结构简单、调整容易的优点，是很有应用前景的新型宽带光源。

附图说明

图1是一种无谐振腔Nd:YVO4激光器的示意图；

图2(a)是本发明的第一实施例的纵截面结构示意图：

图2(b)是本发明的第一实施例的横截面结构示意图：

图2(c)是本发明的第二实施例的纵截面结构示意图：

图2(d)是本发明的第二实施例的横截面结构示意图：

图3(a)是本发明的第三实施例的结构示意图：

图3(b)是本发明的第四实施例的结构示意图：

图3(c)是本发明的第五实施例的结构示意图：

图3(d)是本发明的第六实施例的结构示意图：

图3(e)是本发明的波导腔的结构示意图：

图3(f)是本发明的第七实施例的结构示意图：

图4(a)是本发明的第八实施例的结构示意图：

图4(b)是本发明的第九实施例的结构示意图：

图4(c)是本发明的第十实施例的结构示意图：

图4(d)是本发明的第十一实施例的结构示意图。

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。

本发明采用LD或LD阵列泵浦无腔波导结构激光增益介质，产生高光束质量的自发放大辐射光。该结构包括LD泵浦系统，光学耦合系统及波导激光增益介质腔。激光增益介质一端镀振荡波长的高反膜，LD线形条状泵浦增益介质，产生的振荡波长两次经过增益介质，获得自发放大辐射光。激光增益介质可为微片结构，波导腔结构或腔内泵浦的双腔结构。

图2(a)中201为较大功率LD阵列，202为柱面透镜，可使泵浦光照射均匀，203为激光增益介质的衬底材料，204为激光增益介质，衬底材料203与激光增益介质204通过胶合、光胶或深化光胶结合在一起，衬底材料203可以增加激光增益介质204散热功能，同时防止激光增益介质204边缘处崩边，垂直端面抛光，膜S1为对振荡波长高反的膜。LD阵列201泵浦激光增益介质204，在泵浦处介质温度较高将产生热透镜效应，而将使该处的折射率大于边缘处而形成类似波导结构，如图2(b)所示。采用LD阵列线状泵浦激光增益介质将产生长条状的波导结构。在该区域内将形成较高的光功率密度，膜S1反射产生的放大自发辐射光子使其第二次经过增益介质而增加光子在形成激光束出射前共同运行的距离，从而增大ASE光的输出功率。采用这种结构虽然ASE光只被反射一次但仍能获得较大的功率输出。图2(c)、图2(d)采用LD阵列直接贴面泵浦，原理与图1(a)所示的结构类似，此时光学衬底材料203的尺寸较薄。

本发明亦可直接采用波导腔结构来实现，由于波导腔结构可将光束限制在数微米到数百微米量级范围内传播以获得高光功率密度，因此可大大提高ASE光输出功率，结构如图3系列所示。图3(a)采用侧面泵浦波导腔结构来产生ASE光，其中301为LD阵列，302为柱面透镜，303为衬底材料，304为激光增益介质，衬底材料303与激光增益介质304通过胶合、光胶或深化光胶结合在一起，其中衬底材料303的折射率低于激光增益介质304，或衬底材料303与激光增益介质304之间含有折射率低于激光增益介质304折射率的胶合膜层，这样在衬底材料303形成波导腔，如图3(e)所示。本发明的波导腔结构的具体技术方案已经通过其他专利申请文件所公开，于此不在赘述。对波导腔垂直端面抛光，镀膜，膜S1为对ASE光高反的膜，膜S2为对ASE光增透的膜，膜S3为对泵浦光、ASE光增透的膜，膜S4为对泵浦光高反的膜。LD阵列泵浦波导激光增益介质，产生的ASE光被限制在波导腔内传播而形成较高的光功率密度，经过膜S1反射使其2次经过增益介质，获得ASE光输出。图3(a)结构与图2(a)结构类似，只是激光增益介质304在泵浦方向为薄层。图3(b)和图3(c)采用波导耦合LD泵浦光来泵浦波导增益介质，更充分利用了泵浦光能量，其中303为衬底材料，304为激光增益介质，305为光波导管，306为光学耦合器件。图3(d)和图3(f)采用端面泵浦波导结构来产生ASE光，其中301为泵浦光源，302为耦合系统，303为衬底材料，304为激光增益介质，膜S5为对泵浦光增透、对ASE光高反的膜，S6为对泵浦光高反、对ASE光增透的膜。这种结构更加简单，容易调节。图4系列采用腔内泵浦的双腔结构来产生ASE光。如图4(a)所示，401为LD或LD阵列，402为柱面透镜，403为衬底材料，404为第一激光增益介质，405为第二激光增益介质。利用LD泵浦光λ0泵浦第一激光增益介质404，产生波长为λ1激光，并用其作为泵浦源泵浦第二激光增益介质405，产生波长为λ2的ASE光。膜S3与膜S4构成产生λ1波长激光的谐振腔，膜S1构成产生ASE光的反射腔，其中膜S1为对波长λ2光高反，对波长λ1光增透的膜，膜S2为对波长λ1、波长λ2光高透的膜，膜S3为对波长λ0光增透，对波长λ1光高反，对波长λ2光透射的膜。图4(b)所示则是采用LD参与构成双腔结构，其中膜S5为对泵浦光λ0高反的膜；膜S6为对泵浦光λ0增透，对波长λ2的ASE光透射的膜，膜S7为对泵浦光λ0高反，对波长λ2光增透的膜，S8为对泵浦光λ0、λ2光高反的膜，S9为对泵浦光λ0高反，对λ2光透射的膜。LD发出的泵浦光λ0泵浦激光增益介质404，产生波长为波长λ1的ASE光，一次通过未被激光增益介质404吸收的泵浦光将在膜S4与膜S2间往复振荡，并最终被激光增益介质404吸收。采用腔内泵浦双腔结构可降低激光工作介质振荡阈值和提高其对泵浦光的吸收效率，特别是对那些吸收系数较小，且介质的厚度较薄的激光增益介质。本发明结构亦采用端面泵浦的双腔结构来实现，如图4(c)和图4(d)所示。图4(c)采用两块激光增益介质构成双腔，膜S10为对泵浦光λ0增透，对波长λ1，波长λ2光高反的膜，膜S11为对波长λ2光增透，对泵浦光λ0，波长λ1光高反的膜，图4(d)采用LD参与构成双腔，其中膜S12为对泵浦光λ0、ASE光λ2高反的膜，膜S11为对泵浦光λ0高反、对λ2光透射的膜。其中图4(a)与图4(c)腔内泵浦双腔结构的区别在于图4(a)中泵浦激光λ1的振荡方向与产生的ASE光的振荡方向相互垂直，而图4(c)则相互平行。

本发明结构产生的ASE光源可作为新的宽带光源应用于光纤传感、光纤陀螺以及波分复用通信系统中器件的测试与分析，光谱吸收分析，也可应用于激光显示等领域。

本发明的泵浦光源可为LD，也可为其它泵浦光源。

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

1、半导体泵浦ASE激光器，采用LD或LD阵列泵浦无腔激光增益介质，产生高光束质量的自发放大辐射光，其特征在于：其包括泵浦系统、光学耦合系统及激光增益介质腔，所述的激光增益介质腔一端镀ASE振荡波长的高反膜，泵浦系统的泵浦光线型长条状泵浦激光增益介质，所产生的振荡波长两次经过所述的激光增益介质，以获得自发辐射光。

2、根据权利要求1所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的激光增益介质腔为微片结构。

3、根据权利要求1所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的激光增益介质腔为波导腔结构。

4、根据权利要求1所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的激光增益介质腔为腔内泵浦的双腔结构。

5、根据权利要求1-4任一所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述泵浦系统是LD或LD阵列光源，采用端面或侧面方式对所述的激光增益介质进行泵浦。

6、根据权利要求1-4任一所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述泵浦系统是非LD光源的其他激光源，采用端面或侧面方式对所述的激光增益介质进行泵浦。

7、根据权利要求1-4任一所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的激光增益介质的平片与非激光增益介质平片通过胶合、光胶或深化光胶为一体，并将两通光面抛光。

8、根据权利要求3所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的波导腔结构是将激光增益介质通过光学加工，镀膜，胶合方法使其上下及左右四个侧面均被折射率低于增益介质的衬底材料或胶层包围，形成波导结构。

9、根据权利要求3或8所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：可以采用LD阵列线状从非激光增益介质光学材料侧面泵浦激光增益介质长条，直接在两种材料接触面形成泵浦区域形成的类似波导腔结构取代如权利要求8所述的波导腔结构。

10、根据权利要求4所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的双腔结构是由两块激光增益介质构成双腔，当泵浦源泵浦第一块增益介质时将产生第一种波长的激光，用该波长激光作为泵浦源泵浦第二块增益介质而产生ASE光。

11、根据权利要求4所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的双腔结构是采用泵浦系统的LD参与构成双腔，作为泵浦光的LD与激光增益介质后端腔镜构成第一个谐振腔，激光增益介质前端腔镜和后端腔镜形成第二个谐振腔，LD泵浦增益介质产生ASE光，一次通过未被吸收的泵浦光将在第一个谐振腔中振荡，并最终并增益介质吸收。

12、根据权利要求10或11所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的双腔结构泵浦光振荡方向与ASE腔方向垂直。

13、根据权利要求10或11所述的半导体泵浦ASE激光器，其特征在于：所述的双腔结构泵浦光振荡方向与ASE腔方向平行。