CN101640370A - 一种实现激光器腔内倍频光的调制方法及其激光器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光领域，尤其涉及腔内倍频激光器。本发明是在连续泵浦的腔内倍频激光器中加入可对基波光损耗高速、小幅度调整的调制器，如采用电光效应，磁光效应，压电效应或标准具效应等制作的调制器。利用腔内倍频激光输出功率对腔内基波光损耗高度敏感的特点，实现对倍频光输出功率的高速调制。本发明特别适用于激光显示中的各种激光源的高速调制。本发明是利用新的调制原理，利用腔内倍频激光输出功率对腔内基波光损耗高度敏感的特点，实现对倍频光输出功率的高速调制。克服了已有技术的调制范围有限，且结构相对复杂的不足，能够简单方便的实现腔内倍频输出光从低频到高频的宽频率范围调节。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及腔内倍频激光器。
背景技术
在激光显示领域，半导体泵浦腔内倍频激光器是获得激光光源的主要方式，尤其是对于绿光光源更是如此。激光输出功率的一种常用调制方式是直接采用调整泵浦源泵浦功率形式，其调制频率一般为几KHZ。由于建立激光振荡需要一定时间，从而其可调制频率范围非常有限；另一种方法是采用腔外声光调制方式，但其体积大，成本高，而且损失至少一半激光能量，亦较难用于大规模产品化。
发明内容
而本发明则是利用腔内倍频激光器所固有特点，提出一种新的调制方式，从而实现腔内倍频输出光从低频到高频的宽频率范围调节。
本发明采用如下技术方案：
实现激光器腔内倍频光的调制方法，是利用腔内倍频光强度可近似与腔内损耗的平方成反比的关系，通过在腔内倍频激光器中引入对基波光损耗的微调系统，从而实现腔内倍频输出光功率的调制。
进一步的，所述的关系可以表示为：IDB∝(IB/δ)2；其中IDB为倍频光输出功率，IB为基波光输出功率，δ为腔内损耗。
进一步的，所述的微调系统可以是电光效应的调制系统、磁光效应的调制系统、压电效应的调制系统或可调制的标准具。
实现激光器腔内倍频光的调制激光器结构，半导体激光泵浦源(101)的泵浦光经过光学耦合系统(102)进入泵浦由谐振腔镜(103、104)组成的谐振腔，谐振腔内设置有激光增益介质(105)、对基波光损耗的微调系统和倍频晶体(106)。
进一步的，所述的微调系统是一电光晶体(1081)的非通光面上下两侧加电极板(10911、10912)，通过调节电极板(10911、10912)的电压来调制电光晶体(1081)，所述的电光晶体(1081)设置于起偏器(1071)和检偏器(1072)之间。所述的电光晶体(1081)可以是LN晶体、BBO晶体、KTP晶体。
或者，所述的微调系统是一磁光晶体(1082)的非通光面周围侧加电磁场(1092)，通过调节电磁场(1092)的磁场来调制磁光晶体(1082)，所述的磁光晶体(1082)设置于起偏器(1071)和检偏器(1072)之间。所述的磁光晶体(1082)可以是YIG晶体。
或者，所述的微调系统是可调制的标准具(1083)。
进一步的，所述的倍频晶体(106)是I类倍频晶体，其光轴方向与所述的起偏及检偏器的偏振方向平行或垂直。所述的倍频晶体(106)是II类倍频晶体，是晶体厚度相同且光轴相互正交的两块倍频晶体构成。所述的倍频晶体(106)是II类倍频晶体，并在倍频晶体与后腔镜之间设置一1/4波片。
所述的激光器结构可以是分体独立式结构，亦可以是微片胶合一体式结构。
本发明是利用新的调制原理，利用腔内倍频激光输出功率对腔内基波光损耗高度敏感的特点，实现对倍频光输出功率的高速调制。克服了已有技术的调制范围有限，且结构相对复杂的不足，能够简单方便的实现腔内倍频输出光从低频到高频的宽频率范围调节。
附图说明
图1(a)是本发明的实施例1的结构示意图；
图1(b)是本发明的实施例2的结构示意图；
图1(c)是本发明的实施例3的结构示意图；
图2是本发明的激光器采用微片胶合一体式结构的示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明是在连续泵浦的腔内倍频激光器中加入可对基波光损耗高速、小幅度调整的调制器，如采用电光效应，磁光效应，压电效应或标准具效应等制作的调制器。利用腔内倍频激光输出功率对腔内基波光损耗高度敏感的特点，实现对倍频光输出功率的高速调制。本发明特别适用于激光显示中的各种激光源的高速调制。
在半导体泵浦固体激光器中，若泵浦功率为I0，基波光阈值为I01，在合适的输出透过率时，其基波光输出功率为IB，斜效率为η，则：
IB＝η(I0-I01) (1)
若激光腔中加入非线性晶体，如倍频晶体，且谐振腔输出腔镜改为对基波光及倍频光均高反的腔镜，并忽略倍频晶体倍频的吸收损失，设此时腔内单程损耗为δ，则腔内基波光功率ICB可近似写为：
IcB＝IB/δ (2)
设倍频光输出功率为IDB，则IDB与ICB关系可近似写为：
IDB∝(IB/δ)2 (3)
不难看出，倍频光强度可近似认为与腔内损耗的平方成反比。一般腔内倍频激光器的腔内损耗δ＝0.002＝0.2％，倍频输出功率为IDBo；若δ＝0.02＝2％，即腔内损耗扩大10倍，则倍频光输出功率I′DBo～(1/δ)IDBo～IDBo/100，即倍频输出光光强将降低100倍。
本发明正是基于腔内倍频这一特点设计腔内倍频激光器的高速调制系统，即在腔内倍频激光器中引入对基波光损耗微调系统，从而实现腔内倍频输出光功率的调节。可通过采用电光效应，磁光效应，压电效应或标准具较易地实现这种损耗微调系统。
本发明的激光器结构可以采用：
实施例1：
参阅图1(a)所示，半导体激光泵浦源101的泵浦光经过光学耦合系统102进入泵浦由谐振腔镜103和104组成的谐振腔，谐振腔内设置有激光增益介质105，对基波光损耗的微调系统和倍频晶体106。
所述的微调系统是一电光晶体1081的非通光面上下两侧加电极板10911、10912，通过调节电极板10911、10912的电压来调制电光晶体1081，所述的电光晶体1081设置于起偏器1071和检偏器1072之间。所述的电光晶体1081可以是LN晶体、BBO晶体、KTP晶体。电光晶体1081通光方向长度为L，高度为d，在通光截面两侧加电压。由于腔内倍频激光器光斑大小通常在一百微米到几百微米之间，所以L/d值通常可达10或以上。
常见的电光Q开关，由于偏振方向要旋转90°，即在半波电压下工作，其半波电压大多为几千伏，即使L/d值为10时亦需要几百伏电压。这样高的电压下对其调制电源要求高，而且只能到KHZ量级，很难达到MHZ量级。采用本发明对基波光损耗微调原理，使偏振角旋转很小角度即可实现腔内倍频光输出功率的深度调制。
若腔内正常损耗为0.2％，采用电光晶体使其偏振方向旋转6°；这时所引起的光强损耗为Sin26°，则根据式(3)倍频光输出将下降为(1/5)2＝(1/25)，这已达到大多数腔内倍频光调制深度。要产生6°旋转角，所需电压为(6/90)/(L/D)*V1/2(其中V1/2为L＝d电压)，取L/d＝10，V1/2＝3025V，则所需电压为(6/90)/(1/10)*3025≈20V，即调制电压可降为20V。显然这样低的调制电压下可较易实现MHZ或几十MHZ输出光调制。
实施例2：
参阅图1(b)所示，半导体激光泵浦源101的泵浦光经过光学耦合系统102进入泵浦由谐振腔镜103和104组成的谐振腔，谐振腔内设置有激光增益介质105，对基波光损耗的微调系统和倍频晶体106。
所述的微调系统是一磁光晶体1082的非通光面周围侧加电磁场1092，通过调节电磁场1092的磁场来调制磁光晶体1082，所述的磁光晶体1082设置于起偏器1071和检偏器(1072)之间。由于所需旋转角度较小，其所加磁场强度可较小或所需晶体长度可较。可对某些磁光材料特别是透光波段在1.1～1.5μm的材料，如YIG晶体，对基波光产生倍频光实现高频调制。
实施例3：
参阅图1(c)所示，半导体激光泵浦源101的泵浦光经过光学耦合系统102进入泵浦由谐振腔镜103和104组成的谐振腔，谐振腔内设置有激光增益介质105，对基波光损耗的微调系统和倍频晶体106。所述的微调系统是可调制的标准具1083。
实施例4：
本发明的激光器结构亦可应用于分离腔结构亦可制作成微片式激光器。参阅图2为本发明的一个实施例。其中201为激光增益介质，202、203为起偏器及检偏器，可采用偏振吸收类晶体如Cr:YVO4(其对1.064μm其中一个方向吸收较强)，204为电光晶体，如LN、BBO、KTP等，205为倍频晶体，S1、S2为激光腔膜层，206A、206B为两电极。激光增益介质201、起偏器202、电光晶体204、检偏器203和倍频晶体205通过深化光胶为单一整体。类似的，利用电光效应调制使谐振腔中的基波光产生可调损耗，从而对倍频光实现高频调制。
本发明的实施例中倍频晶体如果采用是I类倍频晶体，其光轴方向可与起偏及检偏器的偏振方向平行(或垂直)；如果是II类倍频晶体，可采用长度相同、光轴相互正交的两块倍频晶体或在倍频晶体反射腔片之前加入1/4波片以消去倍频晶体产生的波片效应。
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 (13)
1.一种实现激光器腔内倍频光的调制方法，其特征在于：是利用腔内倍频光强度可近似与腔内损耗的平方成反比的关系，通过在腔内倍频激光器中引入对基波光损耗的微调系统，从而实现腔内倍频输出光功率的调制。
2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述的关系可以表示为：IDB∝(IB/δ)2；
其中IDB为倍频光输出功率，IB为基波光输出功率，6为腔内损耗。
3.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于：所述的微调系统可以是电光效应的调制系统、磁光效应的调制系统、压电效应的调制系统或可调制的标准具。
4.一种实现激光器腔内倍频光的调制激光器结构，半导体激光泵浦源(101)的泵浦光经过光学耦合系统(102)进入泵浦由谐振腔镜(103、104)组成的谐振腔，其特征在于：谐振腔内设置有激光增益介质(105)、对基波光损耗的微调系统和倍频晶体(106)。
5.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的微调系统是一电光晶体(1081)的非通光面上下两侧加电极板(10911、10912)，通过调节电极板(10911、10912)的电压来调制电光晶体(1081)，所述的电光晶体(1081)设置于起偏器(1071)和检偏器(1072)之间。
6.根据权利要求5所述的激光器结构，其特征在于：所述的电光晶体(1081)可以是LN晶体、BBO晶体、KTP晶体。
7.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的微调系统是一磁光晶体(1082)的非通光面周围侧加电磁场(1092)，通过调节电磁场(1092)的磁场来调制磁光晶体(1082)，所述的磁光晶体(1082)设置于起偏器(1071)和检偏器(1072)之间。
8.根据权利要求7所述的激光器结构，其特征在于：所述的磁光晶体(1082)可以是YIG晶体。
9.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的微调系统是可调制的标准具(1083)。
10.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的倍频晶体(106)是I类倍频晶体，其光轴方向与所述的起偏及检偏器的偏振方向平行或垂直。
11.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的倍频晶体(106)是II类倍频晶体，是晶体厚度相同且光轴相互正交的两块倍频晶体构成。
12.根据权利要求4所述的激光器结构，其特征在于：所述的倍频晶体(106)是II类倍频晶体，并在倍频晶体与后腔镜之间设置一1/4波片。
13.根据4-12任一权利要求所述的激光器结构，其特征在于：所述的激光器结构可以是分体独立式结构，亦可以是微片胶合一体式结构。
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