CN104917053A - V型谐振腔及基于v型谐振腔的激光器 - Google Patents

Abstract

V型谐振腔及基于V型谐振腔的激光器，涉及激光器技术领域。本发明是为了解决外腔面发射半导体激光器和全固态倍频激光器中直线谐振腔会对激光器带来不利影响的问题。本发明所述的V型谐振腔，将其用在外腔半导体激光器，可以使用垂直的泵浦方式，这种泵浦方式有利于有源层的吸收，避免了在谐振腔内部行进光束的散射作用导致激光器件阈值的增加，能够提高激光器的输出功率及稳定性，将其用在全固态倍频激光器，可以减小激光器的热效应，提高激光器的倍频转化效率。本发明中的V型谐振腔可作为激光器的谐振腔，基于该V型谐振腔的激光器可作为激光显示、激光通信、材料加工、医疗及国防等领域的光源。

Description

V型谐振腔及基于V型谐振腔的激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术。

背景技术

全固态激光器可通过腔内倍频实现红、绿、蓝等激光输出。高功率、小型化的全固态蓝绿激光器在海洋探测、水下通信等军事领域或者医学方面具有重要应用。蓝绿激光通过进一步倍频可实现紫外甚至深紫外的激光输出。紫外激光主要应用于先进研究、开发和工业制造装备。基于Nd:YAG/Nd:YVO₄晶体开发的紫外激光器(DPSS)更是微加工系统的绝佳选择。

常用的全固态倍频激光器往往采用的都是直线腔，在倍频过程中，二次谐波会经过增益介质，增大增益介质的热效应，影响激光器输出光束的稳定性及输出功率，为了减小增益介质的热效应，通常增益介质采用TEC制冷，增益介质采用TEC制冷时不可避免的要引入复杂的制冷电路系统，从而使装置结构复杂。

外腔面发射半导体激光器属于面发射激光器中的一种，是半导体激光技术中的新型器件。与边发射半导体激光器相比，垂直外腔面发射半导体激光器的发散角小，不需要对输出光束进行整形，与传统的固体激光器相比又有体积小、转换效率高等优点。这些特点使外腔面发射半导体激光器在激光显示、激光通信、材料加工、医疗及国防等领域具有广泛的应用前景。但是传统的外腔面发射半导体激光器的谐振腔是由外腔反射镜和半导体分布布拉格光栅组成的直线腔。采用此种谐振腔，对谐振腔内行进的光线具有散射作用，从而会增加器件的激射阈值，降低器件的效率和输出功率。同时传统的直腔的泵浦光线和谐振腔成一定的角度，这样的激励方式不利于有源层的吸收，反而会增加激光器的泵浦阈值，影响激光器的输出功率及其稳定性。

发明内容

本发明是为了解决外腔面发射半导体激光器中直线谐振腔对腔内行进的光线具有散射作用，导致器件的激射阈值增加，器件的效率和输出功率降低，同时泵浦光线和谐振腔成一定的角度，这样的激励方式不利于有源层的吸收，反而会增加激光器的泵浦阈值，影响激光器的输出功率及其稳定性，及全固态倍频激光器采用直线腔倍频会影响激光器输出光束的稳定性及输出功率的问题，从而提供V型谐振腔及基于V型谐振腔的激光器。

V型谐振腔，它包括：一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜；

激光在一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜之间传输，传播路径是“V”型。

上述一号反射镜放置于“V”型的转折处。

上述输出耦合镜放置于“V”型的转折处。

上述输出耦合镜为凹面镜。

第一种基于V型谐振腔的激光器它包括：泵浦光源、一号聚焦透镜、增益介质和V型谐振腔；

泵浦光源发出的泵浦光经一号聚焦透镜聚焦到增益介质的一端，从增益介质的另一端出射的激光入射到一号反射镜，一号反射镜将激光反射到二号反射镜，激光在所述的V型谐振腔内产生谐振。

上述一号反射镜为布拉格反射镜。

上述增益介质由半导体材料组成。

上述一号聚焦透镜为非球透镜。

第二种基于V型谐振腔的激光器，它包括：激光二极管、二号聚焦透镜、增益介质、输出耦合镜、倍频晶体和二号反射镜；

增益介质在泵浦光入射方向的前端面镀全反射膜，该全反射膜构成一号反射镜，激光二极管发出的泵浦光经二号聚焦透镜聚焦到增益介质的前端面，激光器产生的基频光在所述V型谐振腔内振荡，倍频晶体位于二号反射镜与输出耦合镜之间的光路上，输出耦合镜对泵浦光和基频光均高反，输出耦合镜对倍频光的透过率大于0。

上述倍频晶体的中心与基频光束的束腰位置重合。

本发明所述的V型谐振腔，可以通过控制谐振腔的长度和输出耦合镜的尺寸限定谐振腔内的模式数量，通过改变输出耦合镜的曲率半径来改变谐振腔内部束腰的位置，避免了直线谐振腔中谐振腔对腔内行进的光线的散射，此谐振腔可以实现垂直的泵浦方式，这种泵浦方式有利于有源层的吸收，“V”型的角度可变，根据激光器的输出功率及稳定性可以选择最优的“V”型角度。

本发明所述的第一种基于V型谐振腔的激光器为外腔半导体激光器，聚焦透镜为非球透镜，增益介质由半导体材料组成，一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜组成了激光器的V型谐振腔。泵浦光源发出的光经聚焦透镜入射到工作物质上，被工作物质吸收并产生光生载流子，光生载流子经过辐射复合后发光，产生光子，光子产生谐振，当激光的强度超过阈值后，由输出耦合镜输出激光。在本激光器的谐振腔内实现了垂直的泵浦方式，这种泵浦方式有利于有源层的吸收，降低了在谐振腔内部行进光束的散射作用，进而降低激光器件阈值，能够提高激光器的输出功率及稳定性。

本发明所述的第二种基于V型谐振腔的激光器为全固态倍频激光器，激光二极管发出的泵浦光经过聚焦透镜入射到增益介质上，被工作物质吸收并产生光生载流子，光生载流子经过辐射复合后发光，产生光子，激发基频光在V型结构谐振腔内部振荡。基频光经过放置在光腰处的倍频晶体，产生倍频光。传统的倍频激光器，其二次谐波会经过增益介质，增大增益介质的热效应，降低了输出光束的稳定性及输出功率，现有技术中，为了减小增益介质的热效应，通常采用TEC制冷，采用TEC制冷时不可避免的要引入复杂的制冷电路系统，从而使装置结构复杂，而本发明没有研究制冷技术，而是通过改变结构使得倍频光只在二号反射镜和输出耦合镜构成的腔臂内传输，不经过增益介质，进而实现在减小激光器的热效应的同时还提高了输出光束的稳定性及输出功率，本发明只通过增加一片反射镜就有效的降低了激光器的热效应，并且无须使用TEC制冷增益介质，进而完全舍弃了复杂的制冷电路系统。本发明结构简单、操作方便，并且成本与现有技术相比也大幅度降低。另外，根据输出耦合镜曲率半径的大小，可以计算腔臂内束腰位置，将倍频晶体的中心放置在基频光束的束腰处，可以提高倍频激光器的转化效率和稳定性。

本发明中的V型谐振腔可作为激光器的谐振腔，基于V型谐振腔的激光器可作为激光显示、激光通信、材料加工、医疗及国防等领域的光源。

附图说明

图1是具体实施方式二所述的V型谐振腔的结构示意图。

图2是具体实施方式三所述的V型谐振腔的结构示意图。

图3是具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器的结构示意图。

图4是具体实施方式十一所述的基于V型谐振腔的激光器的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的V型谐振腔，它包括：一号反射镜1、二号反射镜2和输出耦合镜3；

激光在一号反射镜1、二号反射镜2和输出耦合镜3之间传输，传播路径是“V”型。

具体实施方式二：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的V型谐振腔作进一步说明，本实施方式中，一号反射镜1放置于“V”型的转折处。

二号反射镜2将激光反射到一号反射镜1上，一号反射镜1将激光反射到输出耦合镜3上，输出耦合镜3将激光反射到一号反射镜1上，一号反射镜1将激光反射到二号反射镜2上，一号反射镜1、二号反射镜2和输出耦合镜3组成V型谐振腔，当激光的功率达到阈值时，输出耦合镜3透射激光。

具体实施方式三：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的V型谐振腔作进一步说明，本实施方式中，输出耦合镜3放置于“V”型的转折处。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的V型谐振腔作进一步说明，本实施方式中，输出耦合镜3为凹面镜。

具体实施方式五：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是基于具体实施方式二所述的V型谐振腔的激光器，本实施方式中，它包括：泵浦光源4、一号聚焦透镜5、增益介质6和V型谐振腔；

泵浦光源4发出的泵浦光经一号聚焦透镜5聚焦到增益介质6的一端，从增益介质6的另一端出射的激光入射到一号反射镜1，一号反射镜1将激光反射到二号反射镜2，激光在所述的V型谐振腔内产生谐振。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，它还包括热沉7，所述一号反射镜1和增益介质6安装在同一个机械装置中，机械装置固定在热沉7上。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，对于发射波长为795nm的激光，泵浦光源使用的是最大输出功率为2W的532nm固体激光器。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，一号反射镜1为布拉格反射镜。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，增益介质6由半导体材料组成。

具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，一号聚焦透镜5为非球透镜。

具体实施方式十一：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是基于具体实施方式三所述的V型谐振腔的激光器，本实施方式中，它包括：激光二极管11、二号聚焦透镜12、增益介质6、输出耦合镜3、倍频晶体13和二号反射镜2；

增益介质6在泵浦光入射方向的前端面镀全反射膜，该全反射膜构成一号反射镜1，激光二极管11发出的泵浦光经二号聚焦透镜12聚焦到增益介质6的前端面，激光器产生的基频光在所述V型谐振腔内振荡，倍频晶体13位于二号反射镜2与输出耦合镜3之间的光路上，输出耦合镜3对泵浦光和基频光均高反，对倍频光的透过率大于0。

当倍频光的功率达到阈值时，输出耦合镜3输出倍频光。

具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式十一所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，激光二极管11输出泵浦光的中心波长为808nm，激发的1064nm基频光在V型谐振腔内部振荡，1064nm基频光经过倍频晶体产生532nm倍频光。

具体实施方式十三：本实施方式是对具体实施方式十一所述的基于V型谐振腔的激光器作进一步说明，本实施方式中，倍频晶体13的中心与基频光束的束腰位置重合。

Claims (10)

1.V型谐振腔，其特征在于，它包括：一号反射镜(1)、二号反射镜(2)和输出耦合镜(3)；

激光在一号反射镜(1)、二号反射镜(2)和输出耦合镜(3)之间传输，传播路径是“V”型。

2.根据权利要求1所述的V型谐振腔，其特征在于，一号反射镜(1)放置于“V”型的转折处。

3.根据权利要求1所述的V型谐振腔，其特征在于，输出耦合镜(3)放置于“V”型的转折处。

4.根据权利要求1、2或3所述的V型谐振腔，其特征在于，输出耦合镜(3)为凹面镜。

5.基于权利要求2所述的V型谐振腔的激光器，其特征在于，它包括：泵浦光源(4)、一号聚焦透镜(5)、增益介质(6)和V型谐振腔；

泵浦光源(4)发出的泵浦光经一号聚焦透镜(5)聚焦到增益介质(6)的一端，从增益介质(6)的另一端出射的激光入射到一号反射镜(1)，一号反射镜(1)将激光反射到二号反射镜(2)，激光在所述的V型谐振腔内产生谐振。

6.根据权利要求5所述的基于V型谐振腔的激光器，其特征在于，一号反射镜(1)为布拉格反射镜。

7.根据权利要求5所述的基于V型谐振腔的激光器，其特征在于，增益介质(6)由半导体材料组成。

8.根据权利要求5所述的基于V型谐振腔的激光器，其特征在于，一号聚焦透镜(5)为非球透镜。

9.基于权利要求3所述的V型谐振腔的激光器，其特征在于，它包括：激光二极管(11)、二号聚焦透镜(12)、增益介质(6)、输出耦合镜(3)、倍频晶体(13)和二号反射镜(2)；

增益介质(6)在泵浦光入射方向的前端面镀全反射膜，该全反射膜构成一号反射镜(1)，激光二极管(11)发出的泵浦光经二号聚焦透镜(12)聚焦到增益介质(6)的前端面，激光器产生的基频光在所述V型谐振腔内振荡，倍频晶体(13)位于二号反射镜(2)与输出耦合镜(3)之间的光路上，输出耦合镜(3)对泵浦光和基频光均高反，输出耦合镜(3)对倍频光的透过率大于0。

10.根据权利要求9所述的基于V型谐振腔的激光器，其特征在于，倍频晶体(13)的中心与基频光束的束腰位置重合。