CN103633542A

CN103633542A - 倍频激光器

Info

Publication number: CN103633542A
Application number: CN201210299073.6A
Authority: CN
Inventors: 李存法; 李潜
Original assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明涉及一种倍频激光器，该倍频激光器包括半导体激光器、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体、热电制冷器以及装有激光晶体的球槽支座和装有倍频晶体的球状热沉，所述半导体激光器、耦合透镜、激光晶体和倍频晶体同轴设置，激光晶体和倍频晶体的外端面镀有合适的激光膜系构成激光谐振腔，所述半导体激光器作为泵浦源，其输出的泵浦光经过耦合透镜后进入激光晶体，激发激光晶体后再经过谐振腔的反馈作用，经腔内的倍频晶体倍频输出倍频光。本发明的倍频激光器具有易于调节、体积小、散热性能好、易于装配、内部结构简单、功率高及适合批量生产等一系列优点。

Description

倍频激光器

技术领域

本发明涉及一种倍频激光器，尤其是涉及一种新型可调结构整体温控倍频激光器。

背景技术

目前，小型激光器在很多领域得到应用，比如激光显示，光学存储、激光瞄准、遥感通讯等。但是，普通的小型半导体泵浦固态激光器，特别是腔内倍频激光器，都采用键合晶体结构，键合晶体是一种激光晶体的复合技术，由于光学晶体大多具有较高的熔点，通常需要通过高温热处理促使两块晶体经过精密光学加工的表面的分子相互扩散、融合，最终形成更稳定的化学键，达到真正意义上扩散键合。

键合晶体虽然结构紧凑，但输出功率、晶体合格率、激光器的寿命受光胶工艺的限制，很难进一步提高，并且键合微片激光器需通过光学加工，以保证各光学面的平行。市场上百毫瓦以上绿光激光器多采用分离腔结构，但体积上却要增加不少，根本满足不了激光微投影等领域的要求。例如，一分离腔结构的激光器如中国专利第200720121386.7号所示，其公开了一种高功率单管泵浦激光器，包括输出泵浦激光的半导体激光器，该半导体激光器固定在LD热沉上，该LD热沉与TEC制冷器相连，在半导体激光器的发射端前设有由激光晶体和倍频晶体构成的谐振腔和激光输出镜，在半导体激光器的发射端与谐振腔之间设有准直光纤和聚焦透镜，半导体激光器发射的激光耦合进入该准直光纤后输出，再经聚焦透镜会焦后进入激光晶体，所述谐振腔连接有TEC制冷器。然而，该专利中的分离腔结构不易于调节，且接触面较小，散热性能不好。

另外，目前现有的激光器谐振腔的调节方式多采用调整架固定在产品中，调整架用于调整腔内形成光学谐振腔的光学元件表面平行度，这种结构稳定度受环境等诸多因素的影响，而且抗震等方面性能较差。

发明内容

基于改善以上所述目前激光器的缺点，本发明的目的在于提供一种易于调节、体积小、散热性能好、易于装配、功率高及适合批量生产的微型半导体泵浦倍频激光器。

本发明倍频激光器包括半导体激光器、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体、热电制冷器以及装有激光晶体的球槽支座和装有倍频晶体的球状热沉，所述半导体激光器、耦合透镜、激光晶体和倍频晶体同轴设置，所述激光晶体和倍频晶体的外端面镀有合适的激光膜系构成激光谐振腔，所述半导体激光器作为泵浦源，其输出的泵浦光经过耦合透镜后进入激光晶体，激发激光晶体后再经过谐振腔的反馈作用，经腔内的倍频晶体倍频输出倍频光。

相较于现有技术，本发明的倍频激光器的分离腔结构采用将激光晶体和倍频晶体固定于互相吻合的球槽支座和球状热沉上，通过调节球状热沉达到对准激光谐振腔的目的，从而可以缩小分离腔激光器的体积、降低激光微片对光学加工的要求、易于装配，而且可以降低激光晶体和倍频晶体的要求，同时还可以获得较高的激光功率，适合大批量生产。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的倍频激光器的结构示意图。

图2是根据本发明第二实施例的倍频激光器的结构示意图。

图3 是根据本发明第三实施例的倍频激光器的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是根据本发明第一实施例的倍频激光器的结构示意图。如图1所示，本发明的倍频激光器包括半导体激光器101、耦合透镜201、激光晶体301和倍频晶体403、热电制冷器（TEC）501以及分别装有激光晶体301的球槽支座401和装有倍频晶体403的球状热沉402。

其中，半导体激光器101可激发激光晶体301，为倍频激光器提供泵浦源，包括但不限于单模半导体激光器、多模半导体激光器、锁波长半导体激光器等，波长包括但不限于808nm、940nm等。耦合透镜201可以为光纤透镜、自聚焦透镜、非球面透镜、球透镜、或者是这几种透镜的组合等。

激光晶体301是Nd：YAG，Nd：YVO4等激光工作物质，激光晶体301靠近耦合透镜201的一端面，即前表面301a镀有泵浦光高透和激光高反膜系，远离耦合透镜201的一端面，即后表面301b镀有基频光增透或者基频光增透倍频光高反或者基频光增透倍频光高反泵浦光高反膜系。倍频晶体403为非线性频率变换晶体，如KTP、BBO、PPMgOLN等。倍频晶体403靠近激光晶体301的一端面，即前表面403a镀有基频光增透或者基频光增透和倍频光高反的膜系，而远离激光晶体301的一端面，即后表面403b镀有倍频光高透和基频光高反的膜系。所述半导体激光器101、耦合透镜201、激光晶体301和倍频晶体403四者同轴设置。其中，激光晶体301前表面301a的泵浦光高透和激光高反膜系与倍频晶体403后表面403b的倍频光高透和基频光高反的膜系构成谐振腔。半导体激光器101发出的激光经过耦合透镜201后进入激光晶体301，激发激光晶体301后经过谐振腔反馈，经腔内的倍频晶体403倍频输出倍频光。

所述半导体激光器101作为泵浦源，激发激光晶体301使其进行能级跃迁，为基频激光腔内振荡提供能量来源，所述耦合透镜201将半导体激光器101的输出光成像或者聚焦到激光晶体301上，该激光晶体301为本发明倍频激光器的增益介质，激光晶体301吸收半导体激光形成能级跃迁，在光学谐振腔的作用下形成基频激光。所述倍频晶体403为KTP、BBO、PPMgOLN或其他具有倍频特性的非线性频率变换晶体，该倍频晶体403置于光学谐振腔内，利用谐振腔内的高功率激光密度，将谐振腔内的基频激光倍频。

球槽支座401和球状热沉402是本发明的核心，它们为导热性良好的金属材料，且接触面之间可以紧密的配合，以保证良好的散热和控温。圆球面接触使得角度方向上可实现连续调节。所述球槽支座401为金属结构件，该球槽支座401用于安装激光晶体301形成端面散热；所述球状热沉402用于将倍频晶体403固定于球槽支座401的开槽内，调节装有倍频晶体403的球状热沉402使其与激光晶体301靠近耦合透镜201的一端进行对准，球状热沉402与球槽支座401的紧密配合，既保证光学元件在角度方向上可调节，又能保持良好的散热性能。并且球状热沉402后端带有一段圆柱手柄，此圆柱手柄可以通过螺纹或者夹具固定到相应的工装夹具上，工装夹具具有多维调节功能，这样，固定在球状热沉402上的光学元件通过工装夹具的多维调节功能就可以获得角度方向的调整，以使激光器达到最好的效果。需要补充说明的是，球状热沉402既可以通过工装夹具夹持圆柱手柄来进行调节，也可以在球状热沉402面上挖几个小圆孔，通过固定于多维角度可调的工装上的探针来配合调节。总之，调节架脱离激光器，使得激光器结构更加紧凑。

另外，在本发明中，若谐振腔内含有多个光学元件，则其他光学元件可设计成免调结构。一般来讲，采用端面泵浦形式，只要保证泵浦模场与激光振荡模场在激光工作物质的吸收深度内充分交叠，就能获得理想的泵浦效率。因此，激光晶体与泵浦光光轴之间的位置公差可以通过机械加工来保证。

进一步，本发明中，球槽支座401和球状热沉402之间的接触面可以通过进行抛光处理或填充导热材料或镀合适的软金属材料膜层等方法，以增强元器件的散热和控温。

所述热电制冷器501用来对半导体激光器101、激光晶体301及倍频晶体403进行整体温控，从而使得本发明倍频激光器制冷效果良好，半导体激光器101、激光晶体301及倍频晶体403得到了合适的冷却，可以保证其处于最佳的工作温度，激光器性能稳定，适合大功率的激光输出。

图2是本发明的实施例二的结构示意图。其中，各部件名称和功能类似实施例一。所不同的是，活动的半球轴方向与通光方向垂直，而实施例一中则方向一致。

图3是本发明的实施例三的结构示意图。其中，各部件名称和功能类似实施例一，所不同的是激光晶体301紧贴在球槽支座401的端面，这样可以避免球槽支座的加工难度。

由于本发明采用球槽支座401和与之相配合的球状热沉402。通过调节球状热沉402达到对准激光谐振腔的目的，从而可以缩小分离腔激光器的体积、降低激光微片对光学加工的要求、易于装配，而且可以降低激光晶体301和倍频晶体403的要求，同时还可以获得较高的激光功率，适合大批量生产。另外，通过调整倍频晶体403输出端所镀的膜系结构，本发明既可以作为基频光输出激光器，也可作为倍频光输出激光器。

虽然参照本发明的优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述。但，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种倍频激光器，包括半导体激光器、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体以及热电制冷器，所述半导体激光器、耦合透镜、激光晶体和倍频晶体同轴设置，其特征在于，所述倍频激光器还包括装有激光晶体的球槽支座和装有倍频晶体的球状热沉，其中，所述激光晶体和倍频晶体的外端面镀有合适的激光膜系构成激光谐振腔，所述半导体激光器作为泵浦源，其输出的泵浦光经过耦合透镜后进入激光晶体，激发激光晶体后再经过谐振腔的反馈作用，经腔内的倍频晶体倍频输出倍频光。

2.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述半导体激光器可激发激光晶体，为倍频激光器提供泵浦源，包括但不限于单模半导体激光器、多模半导体激光器、锁波长半导体激光器等，波长包括但不限于808nm、940nm等。

3.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述耦合透镜用于将半导体激光器的光成像或聚焦到激光晶体中，该耦合透镜可以是光纤透镜、自聚焦透镜、非球面透镜、球透镜、或者是这几种透镜的组合等。

4.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述激光晶体包括并不限于Nd:YAG、Nd:YVO4等激光工作物质，倍频晶体为KTP、BBO、PPMgOLN或其他具有倍频特性的非线性频率变换晶体。

5.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述激光晶体在靠近耦合透镜的一端面镀有激光高反和泵浦光高透膜系，远离耦合透镜的一端面镀有激光基频光增透和倍频光高反或者激光基频光增透倍频光高反泵浦光高反的膜系。

6.如权利要求5所述的倍频激光器，其特征在于：所述倍频晶体靠近激光晶体的一端面镀有基频光增透和倍频光高反或者基频光增透的膜系，远离激光晶体的一端面镀有基频光高反和倍频光高透的膜系，其中倍频晶体的基频光高反膜系和激光晶体靠近半导体激光器一端的激光高反和泵浦光高透膜系形成谐振腔。

7.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述球槽支座为凹球形结构，可以在平面一侧挖凹槽设置激光晶体或者将激光晶体直接贴在平面一侧。

8.如权利要求7所述的倍频激光器，其特征在于：所述球状热沉用于将倍频晶体固定于球槽支座的凹槽内，球状热沉的半径与球槽支座的半径相等，因而两个界面完全吻合形成良好的散热面，在球状热沉的内部挖槽用于装配倍频晶体，因此调试过程倍频晶体的温度与整个倍频激光器的控制温度保持一致。

9.如权利要求1所述的倍频激光器，其特征在于：所述热电制冷器用于对半导体激光器、激光晶体和倍频晶体进行整体控温。