CN104638504A - 一种多路输出激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多路输出激光器，包括泵浦光源、激光晶体、倍频晶体和输出镜，所述激光晶体的入射面与输出镜的入射面之间形成谐振腔；所述单巴条半导体激光阵列、激光晶体、倍频晶体和输出镜依次设置在同一光路上；所述泵浦光源为单巴条半导体激光阵列，所述单巴条半导体激光阵列中包含至少两个发光元；所述单巴条半导体激光阵列与激光晶体之间的距离为预设距离。该激光器采用多个发光元的激光阵列作为泵浦光源，不但可以减少散斑，还可以增大输出功率。上述预设距离是根据光的发散角大小确定的，在该预设距离下，照射至激光晶体上的光斑可保证泵浦功率密度，克服了泵浦光源发射光束的散射角问题。另外该激光器的结构紧凑，体积较小。

Description

一种多路输出激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种多路输出激光器。

背景技术

激光是通过受激辐射产生的，其作为光源的投影显示装置具有色域广、寿命长和亮度高等优点。鉴于激光的上述优点，可发射激光的激光器已经成为工业、通讯、科学及电子娱乐中的重要设备。

激光器的分类，按工作介质分类，可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。其中半导体激光器是一种比较实用和常用的激光器，半导体激光器是采用半导体作为工作物质的激光器，其包括激励源(使原子被激发)、工作物质(实现粒子数反转)和谐振腔(光放大作用)。为实现大功率输出，可将激励源设置为多点光束发射以满足激光的多路输出，但多点光束发射时会出现发散角大的问题，因此需要将谐振腔设置为聚焦透镜输入和平面镜输出，聚焦透镜用于聚焦激励源发射出的发散角大的光束，为克服光束的发散角的问题，现有激光器采取了以下不同的改进措施。

其中一种激光器是边发射半导体激光器，该激光器是通过对其结构进行复杂的整形(例如，在激光阵列和倍频晶体之间设置多个具有不同倾斜角度的透镜，用于焦距激光阵列发射的多点光束)，该激光器是直接倍频产生绿光激光，但是需要对半导体激光器进行复杂的整形，因此增加了激光器的复杂性。

另外一种激光器是采用边发射半导体泵浦平面波导结构的激光晶体和倍频晶体的方式获取绿光激光，该激光器可实现高效转换，但是平面波导结构的激光晶体和倍频晶体成本很高，因此采用该种激光器将增加成本。

发明内容

本发明提供一种多路输出激光晶体，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供一种多路输出激光器，包括泵浦光源、激光晶体、倍频晶体和输出镜，所述单巴条半导体激光阵列、激光晶体、倍频晶体和输出镜依次设置在同一光路上；所述泵浦光源为单巴条半导体激光阵列，所述单巴条半导体激光阵列中包含至少两个发光元；所述单巴条半导体激光阵列与激光晶体之间的距离为预设距离；所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面之间形成谐振腔。

可选的，所述预设距离范围是大于等于0.1mm，且小于等于1.5mm。

可选的，所述预设距离是0.7mm。

可选的，所述激光晶体为掺钕的钒酸钇晶体或掺钕的钒酸钆晶体，且钕的掺杂浓度范围是大于等于0.1％，且小于等于0.5％。

可选的，所述激光晶体的厚度范围是大于等于0.5mm，且小于等于1.5mm。

可选的，所述激光晶体的长度范围是大于等于2mm，且小于等于10mm；宽度范围是大于等于7mm，且小于等于12mm。

可选的，所述单巴条半导体激光阵列中包含发光元的数量范围是大于等于15个，且小于等于25个。

可选的，所述激光阵列中包含发光元的数量为19个。

可选的，所述发光元分别按照纵向列和横向列排列形成所述激光阵列，所述横向列上的相邻发光元之间的距离称为横向间隔，所述纵向列上的相邻发光元之间的距离称为纵向间隔，所述横向间隔与所述纵向间隔相同。

可选的，所述横向间隔的范围为大于等于0.2mm，且小于等于0.5mm。

可选的，所述横向间隔为0.3mm。

可选的，所述每个发光元的输出功率范围为大于等于2W，且小于等于3W。

可选的，所述倍频晶体采用以下晶体：PPLN、MgO:PPLN、MgO:PPSLN、PPLT、MgO:PPLT或MgO：PPSLT。

可选的，所述倍频晶体的长度范围是大于等于2mm，且小于等于4mm；宽度范围是大于等于8mm，且小于等于12mm；厚度范围是大于等于0.5mm，且小于等于1.5mm。

可选的，所述激光晶体的出射面上镀1064nm的增透膜；所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面形成谐振腔具体是，所述激光晶体的入射面和所述输出镜的入射面上均镀1064nm高反膜。

可选的，所述激光晶体的出射面上镀912nm的增透膜；所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面形成谐振腔具体是，所述激光晶体的入射面上和所述输出镜的入射面上均镀912nm高反膜。

可选的，所述输出镜为平面镜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种多路输出激光器，包括泵浦光源、激光晶体、倍频晶体和输出镜，所述激光晶体的入射面上和所述输出镜的入射面上均设置高反镀层，两个设置有高反镀层的入射面之间形成谐振腔；所述单巴条半导体激光阵列、激光晶体、倍频晶体和输出镜依次设置在同一光路上；所述泵浦光源为单巴条半导体激光阵列，所述单巴条半导体激光阵列中包含至少两个发光元；所述单巴条半导体激光阵列与激光晶体之间的距离为预设距离。该激光器采用至少有两个发光元的单巴条半导体激光阵列作为泵浦光源，可以多路输出激光光束，不但可以减少散斑，还可以增大输出功率。上述预设距离是根据光的发散角大小确定的，在该预设距离下，照射至激光晶体上的光斑可保证泵浦功率密度，克服了泵浦光源发射光束的散射角问题。另外该激光器的结构紧凑，体积较小。

另外，本发明还提供一种多路输出激光器的优选方案，由于所述激光阵列泵浦的发光元为多个，多路光斑照射在激光晶体上将造成激光晶体温度过高，而该方案是为了增加所述激光晶体的散热能力，具体是方案是，降低所述激光晶体的掺杂浓度，以及降低所述激光晶体的厚度。通过降低掺杂浓度和厚度的方法将提高所述激光晶体的散热能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种多路输出激光器。

1、单巴条半导体激光阵列，2、激光晶体，3、倍频晶体，4、输出镜，5、光纤微透镜，6、激光晶体的入射面，7、激光晶体的出射面，8、倍频晶体的入射面，9、倍频晶体的出射面，10、输出镜的入射面，11、输出镜的出射面。

具体实施方式

本发明提供一种多路输出激光器，该激光器可以多路输出红光激光、蓝光激光或绿光激光等，在本发明的实施例中重点介绍多路输出蓝光激光和多路输出绿光激光的情况。

请参考图1，是本发明实施例提供的多路输出激光器的结构示意图。

在本实施例中，该多路输出激光器包括泵浦光源、激光晶体2、倍频晶体3和输出镜4，所述激光晶体的入射面6上和所述输出镜的入射面10上均设置高反镀层，两个设置有高反镀层的入射面之间形成谐振腔。

所述泵浦光源为单巴条半导体激光阵列1。

所述单巴条半导体激光阵列1、激光晶体2、倍频晶体3和输出镜4按照顺序依次排列，并且设置在同一光路上。所述单巴条半导体激光器阵列发射的光源依次通过激光晶体2和倍频晶体3，最后通过输出镜4发射。

所述泵浦光源是采用808nm的单巴条半导体激光阵列1，该单巴条半导体激光阵列1上包含至少两个发光元，即所述泵浦光源可发射多路光源至所述激光晶体2上，且根据每路光源的发散角度，确定所述泵浦光源与所述激光晶体2之间的距离。

由于所述半导体激光阵列发射光源的发散角比较大，所以在所述半导体激光阵列的发射面上紧贴一光纤微透镜5，该光纤微透镜5的作用是将半导体激光阵列的垂直方向发散角由40度减小到7度或更小，平行方向的发散角也可控制在7度的范围内，单个发光元的大小约为100微米＊100微米，在传播0.2mm后光斑的大小为150微米＊150微米，传播0.5mm后光斑的大小为220微米＊220微米，所以为了保证所述激光晶体2上小的发光点的泵浦功率密度，需要将半导体激光阵列到激光晶体2之间的距离控制在一定的范围内，该距离可称为预设距离，所述预设距离的范围一般设置在0.1mm到1.5mm之间。

根据多次实验数据的结果，优选的，为了提高激光转换效率，所述半导体激光阵列与所述激光晶体2的预设距离为0.7mm。在该预设距离下，所述发光元发射的光在所述激光晶体2上形成的光斑大小及密度均为最佳状态，并且由发散角大的问题造成的功率损失也会降低到最低，因此，在该预设距离下，可提高激光转换效率。

所述单巴条半导体激光阵列1上的多个发光元是按照阵列的方式排列的，具体是，所述发光元分别按照纵向列和横向列的方式排列为一个激光阵列，并且所述横向列上的相邻发光元之间的距离称为横向间隔，所述纵向列上的相邻发光元之间的距离称为纵向间隔。

为了保证所述激光阵列发射的光均匀地照射在所所述激光晶体2上，可将所述横向间隔与所述纵向间隔设置为相同的间隔，并且该间隔的范围可以设定为0.2mm-0.5mm之间。发光元之间的距离过大或者过小都会影响光斑照射在所述激光晶体2上的密度，优选的，该间隔可设定为0.3mm，即相邻两个发光元之间的距离为0.3mm。

依据上述阵列的排布方式，所述激光阵列中可包含的发光元的数量为15-25个，优选的，该发光元的数量可设定为19个，并且每个发光元可输出的功率范围为2W-3W。由于该激光器为多路输出，相对于单路输出的激光器，可输出的总功率是单个发光元的功率与发光元数量的乘积，因此，该多路输出激光器可提高输出功率。

该多路输出激光器在一定程度上提高了输出功率的，但是，多个发光元发射的光照射在所述激光晶体2上，必然会造成激光晶体2的温度升高，因此需要解决所述激光晶体2散热的问题。

所述激光晶体2为掺钕的钒酸钇晶体或掺钕的钒酸钆晶体，为了增加所述激光晶体2的散热能力，一般可通过降低所述钒酸钇晶体或掺钕的钒酸钆晶体的钕的掺杂浓度实现，所述钕的掺杂浓度越低，则所述激光晶体2的散热能力越强。

所述钕的掺杂浓度范围是大于等于0.1％，且小于等于0.5％。优选的，所述钕的掺杂浓度可设定为0.2％。该掺杂浓度等于单路输出的激光器的掺杂浓度的五分之一左右。

除了采用上述降低所述钕的掺杂浓度提高散热能力外，还可以通过调整所述激光晶体2的尺寸增强散热能力。因此可以将所述激光晶体2设置为片状晶体以增加所述激光晶体2的散热能力。

所述激光晶体2的厚度可以设置在0.5mm-1.5mm之间，优选的，该激光晶体2的厚度为1mm。另外，所述激光晶体2的长度范围为2mm-10mm之间，宽度范围是7mm-12mm之间。优选的，所述激光晶体2的长度为3mm或者5mm，所述激光晶体2的宽度为10mm。

所述激光晶体2本身具有固定的增益带宽，用泵浦光源照射该激光晶体2可产生某几个波段的波长。在所述激光晶体的出射面7上设置相应波段的增透膜，则可使相应波段波长的光线发射出去。一般应用比较普遍和常用的激光为蓝光激光和绿光激光，现以蓝光激光和绿光激光为例介绍所述激光晶体的出射面7镀层。

针对蓝光激光，其波长一般为456nm。由于该多路输出激光器从所述激光晶体2发射的光线需要经过倍频晶体3，因此经过倍频晶体3后的波长为蓝光波长456nm，所以要求从所述激光晶体2发射的波长为912nm，则只需在所述激光晶体的出射面7上镀一层912nm增透膜。

针对绿光激光，其波长一般为532nm，相应的从所述激光晶体2发射的倍频波长应该为1064nm，因此，制作绿光激光器时，需要在所述激光晶体的出射面7上镀一层1064nm的增透膜。

所述倍频晶体3是一种用于倍频效应的非线性光学晶体。利用相配匹配原则可产生基频波的倍频波长。

所述倍频晶体3可采用以下晶体中的任一个：PPLN、MgO:PPLN、MgO:PPSLN、PPLT、MgO:PPLT或MgO：PPSLT。

为了提高所述倍频晶体3的散热能力，可将该晶体设置为片状晶体，例如所述倍频晶体3的长度范围是大于等于2mm，且小于等于4mm；宽度范围是大于等于8mm，且小于等于12mm；厚度范围是大于等于0.5mm，且小于等于1.5mm。

所述输出镜4为平面镜，以实现激光的同时多路输出。

由于蓝光激光和绿光激光在实际应用中比较广泛，而蓝光激光器和绿光激光器是通过在所述激光晶体2上增镀增透膜实现的，并且蓝光激光器和绿光激光器的发射的波长不同，因此，在激光晶体2、倍频晶体3以及输出镜4上镀的膜层也相应不同。现分别介绍蓝光激光和绿光激光的激光器上各晶体上增镀的膜层。

蓝光激光器发射的波长为456nm。蓝光激光器的激光晶体的入射面6上需要镀808nm(泵浦光的波长)的增透膜，以及红外光912nm的高反膜，激光晶体的出射面7上镀912nm增透膜以及蓝光456nm的高反膜；所述倍频晶体PPLN周期为4.2微米(极化周期需要满足相位匹配原则，并且与晶体的折射率、倍频波长和温度有关，PPLT的周期为4.8微米，与PPLN会不同)，该倍频晶体的入射面8和倍频晶体的出射面9需要镀912nm和456nm增透膜；输出镜的入射面10上需要镀912nm高反膜和456nm增透膜，而输出镜的出射面11需要镀456增透膜。

所述激光晶体的入射面6上镀的912nm的高反膜以及输出镜的入射面10上镀的912nm高反膜形成该蓝光激光器的谐振腔，而输出镜的出射面11上镀456增透膜可使蓝光激光发射出去。

绿光激光器发射的激光波长为532nm。绿光激光器的激光晶体的入射面6需要镀808nm增透膜，以及红外光1064nm的高反膜，该激光晶体的出射面7镀1064nm增透和绿光532nm高反膜；所述倍频晶体PPLN的周期是7微米，该倍频晶体的入射面8和倍频晶体的出射面9上镀1064nm和532nm增透膜；所述输出镜的入射面10镀1064nm高反膜和532nm增透膜，该输出镜的出射面11镀532nm增透膜，

所述激光晶体的入射面6上镀的1064nm的高反膜以及输出镜的入射面10上镀的1064nm高反膜形成该绿光激光器的谐振腔，而输出镜的出射面11上镀532增透膜可使绿光激光发射出去。

本发明提供的一种多路输出激光器，该激光器的体积小，结构紧凑，并且泵浦光源采用多个发光元，一方面可以减少散斑现象，另一方面可以提高输出功率。

另外该多路输出激光器通过调整所述激光晶体2和倍频晶体3的形状尺寸，增加了所述激光晶体2和倍频晶体3的散热能力，从而实现激光的多路输出。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种多路输出激光器，其特征在于，包括泵浦光源、激光晶体、倍频晶体和输出镜，所述单巴条半导体激光阵列、激光晶体、倍频晶体和输出镜依次设置在同一光路上；所述泵浦光源为单巴条半导体激光阵列，所述单巴条半导体激光阵列中包含至少两个发光元；

所述单巴条半导体激光阵列与激光晶体之间的距离为预设距离；

所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面之间形成谐振腔。

2.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述预设距离范围是大于等于0.1mm，且小于等于1.5mm。

3.根据权利要求2所述的多路输出激光器，其特征在于，所述预设距离是0.7mm。

4.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光晶体为掺钕的钒酸钇晶体或掺钕的钒酸钆晶体，且钕的掺杂浓度范围是大于等于0.1％，且小于等于0.5％。

5.根据权利要求4所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光晶体的厚度范围是大于等于0.5mm，且小于等于1.5mm。

6.根据权利要求5所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光晶体的长度范围是大于等于2mm，且小于等于10mm；宽度范围是大于等于7mm，且小于等于12mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多路输出激光器，其特征在于，所述单巴条半导体激光阵列中包含发光元的数量范围是大于等于15个，且小于等于25个。

8.根据权利要求7所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光阵列中包含发光元的数量为19个。

9.根据权利要求7所述的多路输出激光器，其特征在于，所述发光元分别按照纵向列和横向列排列形成所述激光阵列，所述横向列上的相邻发光元之间的距离称为横向间隔，所述纵向列上的相邻发光元之间的距离称为纵向间隔，所述横向间隔与所述纵向间隔相同。

10.根据权利要求9所述的多路输出激光器，其特征在于，所述横向间隔的范围为大于等于0.2mm，且小于等于0.5mm。

11.根据权利要求10所述的多路输出激光器，其特征在于，所述横向间隔为0.3mm。

12.根据权利要求7所述的多路输出激光器，其特征在于，所述每个发光元的输出功率范围为大于等于2W，且小于等于3W。

13.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述倍频晶体采用以下晶体：PPLN、MgO:PPLN、MgO:PPSLN、PPLT、MgO:PPLT或MgO：PPSLT。

14.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述倍频晶体的长度范围是大于等于2mm，且小于等于4mm；宽度范围是大于等于8mm，且小于等于12mm；厚度范围是大于等于0.5mm，且小于等于1.5mm。

15.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光晶体的出射面上镀1064nm的增透膜；

所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面形成谐振腔具体是，所述激光晶体的入射面和所述输出镜的入射面上均镀1064nm高反膜。

16.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述激光晶体的出射面上镀912nm的增透膜；

所述激光晶体的入射面与所述输出镜的入射面形成谐振腔具体是，所述激光晶体的入射面上和所述输出镜的入射面上均镀912nm高反膜。

17.根据权利要求1所述的多路输出激光器，其特征在于，所述输出镜为平面镜。