CN107196181A - 一种无耦合系统的C‑mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法 - Google Patents

一种无耦合系统的C‑mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无耦合系统的C‑mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法，包括C‑mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体；C‑mount封装半导体激光器发射脉冲或者连续泵浦光，直接照射到增益介质中，通过饱和吸收体的可饱和吸收效应控制谐振腔损耗，形成脉冲激光。本发明不经过任何耦合光学系统，直接进入增益介质。由于传播距离较短，泵浦光在增益介质前表面大小可以认为等于在激光器表面的尺寸，保证了增益介质上的泵浦光斑较小，泵浦速率得到了提高，降低了激光器的工作阈值。由于不包含泵浦光耦合系统，大大减小了整机的尺寸，使得激光器更加紧凑。

Description

一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片 激光器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法，属于激光领域，尤其涉及复杂的半导体激光泵浦技术与被动调Q技术领域。
背景技术
微片激光器具有全固化、体积小、结构简单紧凑等优点。由于微片激光器容易获取高重复频率的亚纳秒级、峰值功率达数千瓦、单脉冲能量微焦耳量级的调Q脉冲，因此，在远程测量、三维成像、环境监测、微机械、微型手术等方面有十分广泛地应用前景。但由于微片激光器腔长一般都较短，特别是产生短脉冲的短腔微片激光器，腔长一般在10mm以下，根据ABCD矩阵计算腔内激光模式半径，可以得出此时模式半径非常小，为了实现泵浦光模式与激光模式匹配，一般采用耦合透镜系统将泵浦光聚焦成小光斑进行泵浦。若要获得较小的聚焦光斑，需要耦合系统中镜片之间的距离较大，尤其在微片激光器中，激光腔体积极小，采用泵浦耦合系统会导致激光器整体体积增大，不利于器件小型化。半导体激光器发出的泵浦光，在由光学整形和耦合透镜耦合进增益介质的过程中，会产生较大泵浦光功率损耗，导致固体激光器出光阈值升高，激光器效率降低。此外，耦合透镜系统通常需要透镜组对光束进行准直和聚焦，工作环境的温度、振动等会影响镜片之间的距离、透镜的焦距，最终导致泵浦光尺寸和形状发生变化，造成激光器工作失调。
C-mount封装半导体激光器一般用热导率大的高导热材料如铜等制造热沉，这种封装形式结构简单固定方便、应用广泛。目前市面上已有功率为10W的C-mount封装的激光器，该功率可以满足微片激光器泵浦源的要求。
中国专利文献CN103633536A公开了一种被动调Q激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和饱和吸收体，泵浦源发出泵浦光经泵浦耦合系统进入激光增益介质，饱和吸收体置于激光增益介质后面，所述激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体，靠近饱和吸收体一端为大端面。
中国专利文献CN102299464A公开了一种微片固体激光器,其构成包括泵源VCSEL阵列，沿泵源VCSEL阵列的激光输出方向同光轴地依次是圆锥台形玻璃导管耦合器、泵浦聚焦透镜、掺Nd激光晶体、Cr4+:YAG被动调Q晶体，初始透过率为在45％到95％之间、后腔镜、第一耦合聚焦透镜、第二耦合准直透镜、第三耦合聚焦透镜、光纤跳线。
中国专利文献CN101145668A公开了一种微片式激光器，其包括泵浦源的半导体激光器、光学耦合系统和微片激光器，微片激光器包括激光增益介质、其它光学元件、KTP非线性晶体和激光腔膜，其中微片激光器设置在致冷片或加热器上，致冷片或加热器设置在热沉上，致冷片或加热器和热沉保持微片激光器的温度在65℃以上，采用以上结构，使KTP非线性晶体保持65℃以上，缓解或消除其在腔内倍频、差频或和频过程中产生灰迹，从而延长含KTP非线性晶体在腔内倍频、差频或和频的微片式激光器的寿命。
中国专利文献CN104143756A公开了一种增益开关微片激光器，激光器包括激光二极管、耦合透镜、微片激光器、第一分束器、第二分束器、功率计、光电探测器、示波器和频谱分析仪，所述激光二极管发射的光线经过耦合透镜和微片激光器后，经由第一分束器分成两路，一路被到达光电探测器再通过示波器显示，另一路经由第二分束器再分成两路，一路到达功率计，另一路到达频谱分析仪。
中国专利文献CN102420385A公开了一种被动调Q微片激光器，主要包括激光增益介质、石墨烯或碳纳米管饱和吸收体、光学元件以及LD泵浦装置。将厚度纳米量级的石墨烯、碳纳米管饱和吸收体紧密夹贴于激光器增益介质与光学元件之间，利用器件镀膜构成平平腔或平凹腔，使用胶合、光胶或深化光胶的方法将器件全固化为简单紧凑的三明治结构。
上述专利均存在以下缺陷：包含泵浦耦合系统，占用了激光器的空间，增大了激光器的体积，产生较大泵浦光功率损耗，导致固体激光器出光阈值升高，激光器效率降低。
中国专利文献CN104184027A公开了一种被动调Q微片激光器，包括激光二极管、第一透镜、偏振立方体分光镜、分光镜、第二透镜、激光晶体和半导体可饱和吸收镜。但是，该专利存在以下缺陷：该专利通过光纤耦合泵浦光，通过透镜聚焦光纤整形后的泵浦光，本专利经过光纤整形与透镜聚焦，占用了激光器的空间，产生较大泵浦光功率损耗，激光器的光-光转换效率效率低。
中国专利文献CN202308764U公开了一种被动调Q微片激光器，属于激光技术领域。主要包括激光增益介质、石墨烯或碳纳米管饱和吸收体、光学元件以及LD泵浦装置。将厚度纳米量级的石墨烯、碳纳米管饱和吸收体紧密夹贴于激光器增益介质与光学元件之间，利用器件镀膜构成平平腔或平凹腔，使用胶合、光胶或深化光胶的方法将器件全固化为简单紧凑的三明治结构。但是，该专利存在以下缺陷：该专利的发明内容主要为器件固化后形成的三明治结构，对于其实施例3中的直接泵浦结构，该专利没有提及直接泵浦的结构原理、相关参数以及技术优势。此外，该专利实施例3中采用Er:Yb:Glass作为增益介质，石墨烯薄层作为饱和吸收体，980nm波长光作为泵浦光，输出1550nm波长的激光，突出的是新材料和新波长。
发明内容
针对现有泵浦耦合技术造成的激光器整体体积较大、激光器稳定性较差以及激光器效率降低等问题，本发明提供了一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器。
本发明还提供了上述微片激光器的控制方法；
本发明采用基于C-mount封装的半导体激光器直接泵浦增益介质，省去了泵浦耦合系统，节省了激光器的空间，减小体积和功率损耗，降低了阈值，提高了激光器效率与功率稳定性。本发明C-mount封装易于操作，采用该方法封装的激光器成本低、结构简单、功率稳定、工作阈值低、效率高。
本发明的技术方案如下：
一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，包括C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体。
所述C-mount封装半导体激光器发射脉冲或者连续泵浦光，直接照射到所述增益介质中，通过所述饱和吸收体的可饱和吸收效应控制谐振腔损耗，形成脉冲激光。
此处设计的优势在于，C-mount封装半导体激光器发射脉冲或者连续泵浦光不经过任何耦合光学系统，直接进入增益介质。由于传播距离较短，泵浦光在增益介质前表面大小可以认为等于在激光器表面的尺寸，保证了增益介质上的泵浦光斑较小，泵浦速率得到了提高，降低了激光器的工作阈值。由于不包含泵浦光耦合系统，大大减小了整机的尺寸，使得激光器更加紧凑。同时，由于泵浦光直接入射到增益介质中，避免了耦合系统对泵浦光的损耗，提高了泵浦效率。简化后光学系统更加稳定，避免了由于耦合系统机械振动等因素引起的泵浦效率下降。饱和吸收体可以控制谐振腔损耗。
根据本发明优选的，所述微片激光器还包括PID温控系统，所述PID温控系统包括PID温控器、TEC半导体温控片、热敏电阻，
所述热敏电阻将所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度反馈至所述PID温控器，所述PID温控器对比所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度与设定温度值，进行PID运算，根据运算结果给出相应电流电压信号，控制所述TEC半导体温控片工作，对所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度进行控制。
此处设计的优势在于，通过严格控制C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度，提高激光器工作稳定性。作为泵浦源的C-mount封装半导体激光器，既要满足特定泵浦波长的要求，也要维持足够的工作寿命，因此，对其工作要求中要有最小程度的温度控制。在C-mount封装半导体激光器中，发射波长随着其结温度而变化，平均温度每变化1℃，波长变化约0.3nm。而增益介质和饱和吸收体在工作过程中会因为粒子能级跃迁、量子亏损等产生热量，积累的热量容易使二者产生碎裂，影响使用寿命。本发明中，通过温度传感器检测C-mount封装半导体激光器与增益介质、饱和吸收体的温度变化，并将温度变化转变为电信号，然后经过PID温控系统处理后传送至TEC半导体温控片，从而控制TEC半导体温控片的工作状态，进而使得三者的温度稳定在一定范围内，进而调节其发射波长、增益介质的热透镜焦距，使它们处于最佳波长匹配和谐振腔稳定的状态。本发明中的PID温控系统温度控制精度达到0.01℃，保证了激光器稳定运行。同时，C-mount封装半导体激光器与增益介质、饱和吸收体的温度可以分别控制、单独优化，提高了激光器的工作性能。
根据本发明优选的，所述微片激光器还包括输出镜、半导体激光器夹具、晶体夹具，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体、输出镜依次沿光路安放，所述半导体激光器夹具夹持所述C-mount封装半导体激光器，所述晶体夹具夹持所述增益介质、饱和吸收体与输出镜，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质之间的距离小于1mm，所述增益介质与所述饱和吸收体之间的距离小于1mm，所述饱和吸收体与所述输出镜之间的距离小于2mm。
此处设计的优势在于，通过合理设计夹具，增益介质与饱和吸收体紧密贴合，饱和吸收体与输出镜紧密贴合，靠近C-mount封装半导体激光器的增益介质的表面与输出镜构成激光谐振腔，理论上是一种平行平面腔，实际工作时，增益介质内部受热膨胀，前表面会产生微小凸起，产生一个近似的平凹腔，更有利于激光谐振腔的稳定，也能产生比较好的横模，有利于后续准直。
根据本发明优选的，所述微片激光器还包括底板、风扇，两片所述TEC半导体温控片分别设置在所述半导体激光器夹具、所述晶体夹具的下面，两片所述TEC半导体温控片设置在所述底板上面，所述风扇设置在所述底板下面。
此处设计的优势在于，风扇将C-mount封装半导体激光器、增益介质产生的热量带走，保证激光器正常工作温度。
根据本发明优选的，所述微片激光器还包括外壳、盖板、窗口镜，所述外壳、盖板形成长方体，内部形成有容置空间，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体、TEC半导体温控片、输出镜、半导体激光器夹具、晶体夹具均设置在该容置空间内，所述窗口镜设置在所述长方体的侧壁上。
窗口镜表面可以镀增透膜，也可以不镀膜。
根据本发明优选的，所述输出镜固定于可调节镜架上，所述可调节镜架固定于所述晶体夹具上。
输出镜对输出激光波长具有一定的透过率，部分脉冲激光经过输出镜透射到腔外。
根据本发明优选的，靠近所述C-mount封装半导体激光器的所述增益介质的表面镀有泵浦光高透膜和输出光高反膜，靠近所述饱和吸收体的所述增益介质的另一表面镀有输出光高透膜；靠近所述增益介质的所述饱和吸收体表面、靠近所述输出镜的所述饱和吸收体另一表面均镀有输出光高透膜；靠近所述饱和吸收体的输出镜的表面镀有输出光部分反射膜，所述输出镜的另一表面镀有输出光高透膜。
此处设计的优势在于，镀在增益介质前表面的泵浦光高透膜使得泵浦光透过介质的前表面，提高泵浦效率，前表面的输出光高反膜使得增益介质前表面等效成为一面腔镜，节省了一面光学镜，减小了光路占用空间。镀在输出镜上的输出光部分反射膜，取谐振腔内部分能量作为输出。
根据本发明优选的，所述增益介质为Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体，所述饱和吸收体的材质为Cr4+:YAG晶体、二硫化钼、V:YAG晶体、石墨烯、黑磷或LiF:F2 -，所述饱和吸收体的透过率小于60％。此处设计的优势在于，在单泵浦脉冲内获得单个输出脉冲。
在泵浦的初始阶段，由于谐振腔内自发辐射光强很小，饱和吸收体的透过率很低，此时谐振腔的Q值很小，在泵浦脉冲作用下，反转粒子数不断增加，当反转粒子数达到一定程度时，谐振腔内开始有激光产生，且光强越大，饱和吸收体透过率越大，谐振腔的Q值也越大，很快消耗掉反转粒子数而产生一个窄而强的巨脉冲。
上述微片激光器的控制方法，包括步骤如下：
(1)将所述C-mount封装半导体激光器安装在所述半导体激光器夹具上，通过所述PID温控系统对所述半导体激光器夹具进行温度检测及温度控制，进而调节所述C-mount封装半导体激光器的温度至15℃-40℃；温度检测及温度控制经由PID温控系统进行，温度分辨率可以达到0.01℃。
(2)沿光路依次放置所述增益介质、饱和吸收体、输出镜在所述晶体夹具上，所述C-mount封装半导体激光器与所述增益介质之间的距离小于1mm，所述增益介质与所述饱和吸收体之间的距离小于1mm，所述饱和吸收体与所述输出镜之间的距离为1-2mm，饱和吸收体与输出镜紧密贴合；
(3)通过所述PID温控系统对所述晶体夹具进行温度检测及温度控制，进而调节所述增益介质、饱和吸收体的温度至15℃-40℃；
(4)将所述C-mount半导体激光器的功率调至最大，输出脉冲，依次更换透过率分别为20％、30％、40％、50％的输出镜，分别调节输出镜的角度至输出功率最大；并通过光电探测器采集输出光并通过示波器进行分析，当获得单泵浦脉冲内单个输出脉冲时，确定输出镜透过率。
(5)保持输出功率最大，确定所述增益介质以及饱和吸收体的温度，即：在脉冲序列保持稳定时，选取输出功率最大时的所述增益介质以及饱和吸收体的温度并固定该温度；
(6)固定所述半导体激光器夹具、晶体夹具，拧紧各个夹具螺丝并用螺丝胶黏合至完全固定，封装所述微片激光器。
通过严格控制C-mount封装半导体激光器与增益介质、饱和吸收体的温度，提高激光器工作稳定性。
本发明的有益效果：
1、本发明采用了C-mount封装半导体激光器直接泵浦增益介质的方法，省去了泵浦光耦合系统，减少了耦合过程中的能量损耗，提高了泵浦效率；大大减小了微片激光器的体积；使晶体内的泵浦光斑尺寸约为C-mount封装半导体激光器出射时的光斑尺寸，保证了增益介质上的光斑尺寸较小，激光器泵浦速率得到大大提升，降低了激光器的工作阈值；结构简单、成本低。该发明有利于C-mount封装半导体激光泵浦微片激光器整体小型化和功耗降低，可拓宽微片激光器应用范围。
2、本发明C-mount封装半导体激光器与增益介质、饱和吸收体的温度分别优化，提高了激光器的工作性能。本发明可以输出脉宽1ns、重复频率0.5kHz-1.5kHz可调的脉冲序列。
附图说明
图1是本发明微片激光器的结构示意图。
图2是本发明PID温控系统的结构示意图。
图3是实施例1微片激光器的光路图。
图4是实施例2微片激光器的光路图。
1、外壳，2、盖板，3、C-mount封装半导体激光器，4、输出镜，5、窗口镜，6、风扇，7、增益介质，8、饱和吸收体，9、半导体激光器夹具，10、晶体夹具，11、底板，201、PID温控器，202、TEC半导体温控片，203、被控对象，204、热敏电阻。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，如图1、图3所示，包括C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、Cr4+:YAG饱和吸收体8、PID温控系统、半导体激光器夹具9、晶体夹具10、底板11、风扇6、外壳1、盖板2、窗口镜5，
增益介质7、饱和吸收体8组成激光谐振腔，C-mount封装半导体激光器3发射脉冲或者连续泵浦光，直接照射到增益介质7中，通过饱和吸收体8的可饱和吸收效应控制谐振腔损耗，形成脉冲激光。靠近C-mount封装半导体激光器3的增益介质7的表面镀有泵浦光高透膜和输出光高反膜，靠近饱和吸收体8的增益介质7的另一表面镀有输出光高透膜；靠近增益介质7的饱和吸收体8表面、饱和吸收体8另一表面均镀有输出光高透膜；
此处设计的优势在于，C-mount封装半导体激光器3发射脉冲泵浦光不经过任何耦合光学系统，直接进入增益介质7。由于传播距离较短，泵浦光在增益介质7前表面大小可以认为等于在激光器表面的尺寸，保证了增益介质7上的泵浦光斑较小，泵浦速率得到了提高，降低了激光器的工作阈值。由于不包含泵浦光耦合系统，大大减小了整机的尺寸，使得激光器更加紧凑。同时，由于泵浦光直接入射到增益介质7中，避免了耦合系统对泵浦光的损耗，提高了泵浦效率。简化后光学系统更加稳定，避免了由于耦合系统机械振动等因素引起的泵浦效率下降。饱和吸收体8可以控制谐振腔损耗。镀在增益介质7前表面的泵浦光高透膜使得泵浦光透过介质的前表面，提高泵浦效率，前表面的输出光高反膜使得增益介质7前表面等效成为一面腔镜，节省了一面光学镜，减小了光路占用空间。脉冲泵浦光可以对微片激光器的重复频率进行控制，使得激光器能够输出规定重频的激光。
如图2所示，PID温控系统包括PID温控器201、TEC半导体温控片202、热敏电阻204、被控对象203，被控对象203包括C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8，
热敏电阻204将C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8的温度反馈至PID温控器201，PID温控器201对比C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8的温度与设定温度值，进行PID运算，根据运算结果给出相应电流电压信号，控制TEC半导体温控片202工作，对C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8的温度进行控制。此处设计的优势在于，通过严格控制C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8的温度，提高激光器工作稳定性。作为泵浦源的C-mount封装半导体激光器3，既要满足特定泵浦波长的要求，也要维持足够的工作寿命，因此，对其工作要求中要有最小程度的温度控制。在C-mount封装半导体激光器3中，发射波长随着其结温度而变化，平均温度每变化1℃，波长变化约0.3nm。而增益介质7和饱和吸收体8在工作过程中会因为粒子能级跃迁、量子亏损等产生热量，积累的热量容易使二者产生碎裂，影响使用寿命。本发明中，通过温度传感器检测C-mount封装半导体激光器3与增益介质7、饱和吸收体8的温度变化，并将温度变化转变为电信号，然后经过PID温控系统处理后传送至TEC半导体温控片202，从而控制TEC半导体温控片202的工作状态，进而使得三者的温度稳定在一定范围内，进而调节其发射波长、增益介质8的热透镜焦距，使它们处于最佳波长匹配和谐振腔稳定的状态。本发明中的PID温控系统温度控制精度达到0.01℃，保证了激光器稳定运行。同时，C-mount封装半导体激光器3与增益介质7、饱和吸收体8的温度可以分别控制、单独优化，提高了激光器的工作性能。
半导体激光器夹具9夹持C-mount封装半导体激光器3，晶体夹具10夹持增益介质7、饱和吸收体8，C-mount封装半导体激光器3、增益介质7之间的距离小于1mm，增益介质7与饱和吸收体8之间的距离小于1mm。
通过合理设计夹具，增益介质7与饱和吸收体8紧密贴合。
增益介质7为Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体，饱和吸收体8的材质为Cr4+:YAG晶体、二硫化钼、V:YAG晶体、石墨烯、黑磷或LiF:F2 -，饱和吸收体8的透过率小于60％。
两片TEC半导体温控片202分别设置在半导体激光器夹具9、晶体夹具10的下面，两片TEC半导体温控片202设置在底板11上面，风扇6设置在底板11下面。风扇6将C-mount封装半导体激光器3、增益介质7产生的热量带走，保证激光器正常工作温度。
外壳1、盖板2形成长方体，内部形成有容置空间，C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、饱和吸收体8、TEC半导体温控片202、半导体激光器夹具9、晶体夹具10均设置在该容置空间内，窗口镜5设置在长方体的侧壁上。
需要说明的是，图1是本封装方法适用的一种典型的激光器结构，但并不是唯一可应用的结构，平平腔、平凹腔等各种常用的光路结构都适用于本发明，直腔、V型腔、Z型腔等各种常见的腔型结构都适用于本专利。
实施例2
根据实施例1所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，如图4所示，其区别在于，还包括输出镜4，C-mount封装半导体激光器3、增益介质7、Cr4+:YAG饱和吸收体8、输出镜4依次沿光路安放，饱和吸收体8与输出镜4之间的距离小于2mm。靠近饱和吸收体8的输出镜4的表面镀有输出光部分反射膜，输出镜4的另一表面镀有输出光高透膜。
饱和吸收体8与输出镜4紧密贴合，靠近C-mount封装半导体激光器3的增益介质7的表面与输出镜4构成激光谐振腔，理论上是一种平行平面腔，实际工作时，增益介质内部受热膨胀，前表面会产生微小凸起，产生一个近似的平凹腔，更有利于激光谐振腔的稳定，也能产生比较好的横模，有利于后续准直。
输出镜4固定于可调节镜架上，可调节镜架固定于晶体夹具10上。输出镜4对输出激光波长具有一定的透过率，部分脉冲激光经过输出镜透射到腔外。
实施例1所述激光器、实施例2所述激光器以及实施例1中加入泵浦耦合系统的激光器的对比如表1：
表1
由表1可得，实施例1、2所述激光输出脉宽与对比例1所述微片激光器相同，实施例1、2所述激光器的体积因为无耦合系统结构而减小。由于实施例1、2中无耦合损失，因此其工作阈值低于加入耦合系统的激光器。
实施例3
根据实施例2所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其区别在于，饱和吸收体8采用二硫化钼制作的饱和吸收体薄片，饱和吸收体8的透过率为50％。
实施例4
根据实施例2所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其区别在于，饱和吸收体8的透过率为50％，C-mount封装半导体激光器3的电源采用连续半导体激光器驱动电源，连续驱动。该微片激光器重复频率与泵浦功率、输出镜4透过率以及饱和吸收体8初始透过率均相关，能够输出更高功率的激光，可以用于需要高功率激光的场合。
实施例5
实施例3所述的微片激光器的控制方法，包括步骤如下：
(1)将C-mount封装半导体激光器3安装在半导体激光器夹具9上，半导体激光器夹具9为铝或铜制夹具，通过PID温控系统对半导体激光器夹具9进行温度检测及温度控制，进而调节C-mount封装半导体激光器3的温度至20℃；温度检测及温度控制经由PID温控系统进行，温度分辨率可以达到0.01℃。
(2)沿光路依次放置增益介质7、饱和吸收体8、输出镜4在晶体夹具10上，晶体夹具10为铝或铜制夹具，C-mount封装半导体激光器3与增益介质7之间的距离小于1mm，增益介质7与饱和吸收体8之间的距离小于1mm，饱和吸收体8与输出镜4之间的距离为1-2mm，以便后续进行角度调节。饱和吸收体8与输出镜4紧密贴合；
(3)通过PID温控系统对晶体夹具10进行温度检测及温度控制，进而调节增益介质7、饱和吸收体8的温度至40℃；并通过He-Ne激光器发出的红光进行准直；
(4)将C-mount半导体激光器的功率调至最大，输出脉冲，输出镜4透过率为40％，分别调节输出镜4的角度至输出功率最大；并通过光电探测器采集输出光并通过示波器进行分析。
(5)固定半导体激光器夹具9、晶体夹具10，拧紧各个夹具螺丝并用螺丝胶黏合至完全固定，封装微片激光器。
808nm波长光作为泵浦光，输出1064nm波长激光。
实施例6
实施例4所述的微片激光器的控制方法，包括步骤如下：
(1)将C-mount封装半导体激光器3安装在半导体激光器夹具9上，半导体激光器夹具9为铝或铜制夹具，通过PID温控系统对半导体激光器夹具9进行温度检测及温度控制，进而调节C-mount封装半导体激光器3的温度至20℃；温度检测及温度控制经由PID温控系统进行，温度分辨率可以达到0.01℃。
(2)沿光路依次放置增益介质7、饱和吸收体8、输出镜4在晶体夹具10上，晶体夹具10为铝或铜制夹具，C-mount封装半导体激光器3与增益介质7之间的距离小于1mm，增益介质7与饱和吸收体8之间的距离小于1mm，饱和吸收体8与输出镜4之间的距离为1-2mm，以便后续进行角度调节。饱和吸收体8与输出镜4紧密贴合；
(3)通过PID温控系统对晶体夹具10进行温度检测及温度控制，进而调节增益介质7、饱和吸收体8的温度至40℃；并通过He-Ne激光器发出的红光进行准直；
(4)将C-mount半导体激光器3的功率调至最大，输出脉冲，输出镜4透过率为40％，分别调节输出镜4的角度至输出功率最大；并通过光电探测器采集输出光并通过示波器进行分析。
(5)固定半导体激光器夹具9、晶体夹具10，拧紧各个夹具螺丝并用螺丝胶黏合至完全固定，封装微片激光器。
本发明获得了输出脉宽1ns、重复频率0.5kHz-1.5kHz可调的脉冲序列。该发明有利于C-mount封装半导体激光泵浦微片激光器整体小型化和功耗降低，可拓宽微片激光器在激光雷达、激光测距、光通讯等领域的应用前景。

Claims (10)

1.一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，包括C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体；
所述C-mount封装半导体激光器发射脉冲或者连续泵浦光，直接照射到所述增益介质中，通过所述饱和吸收体的可饱和吸收效应控制谐振腔损耗，形成脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述微片激光器还包括PID温控系统，所述PID温控系统包括PID温控器、TEC半导体温控片、热敏电阻，
所述热敏电阻将所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度反馈至所述PID温控器，所述PID温控器对比所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度与设定温度值，进行PID运算，根据运算结果给出相应电流电压信号，控制所述TEC半导体温控片工作，对所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体的温度进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述微片激光器还包括输出镜、半导体激光器夹具、晶体夹具，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体、输出镜依次沿光路安放，所述半导体激光器夹具夹持所述C-mount封装半导体激光器，所述晶体夹具夹持所述增益介质、饱和吸收体与输出镜，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质之间的距离小于1mm，所述增益介质与所述饱和吸收体之间的距离小于1mm，所述饱和吸收体与所述输出镜之间的距离小于2mm。
4.根据权利要求3所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述微片激光器还包括底板、风扇，两片所述TEC半导体温控片分别设置在所述半导体激光器夹具、所述晶体夹具的下面，两片所述TEC半导体温控片设置在所述底板上面，所述风扇设置在所述底板下面。
5.根据权利要求4所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述微片激光器还包括外壳、盖板、窗口镜，所述外壳、盖板形成长方体，内部形成有容置空间，所述C-mount封装半导体激光器、增益介质、饱和吸收体、TEC半导体温控片、输出镜、半导体激光器夹具、晶体夹具均设置在该容置空间内，所述窗口镜设置在所述长方体的侧壁上。
6.根据权利要求3所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述输出镜固定于可调节镜架上，所述可调节镜架固定于所述晶体夹具上。
7.根据权利要求3所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，靠近所述C-mount封装半导体激光器的所述增益介质的表面镀有泵浦光高透膜和输出光高反膜，靠近所述饱和吸收体的所述增益介质的另一表面镀有输出光高透膜；靠近所述增益介质的所述饱和吸收体表面、靠近所述输出镜的所述饱和吸收体另一表面均镀有输出光高透膜；靠近所述饱和吸收体的输出镜的表面镀有输出光部分反射膜，相对的所述输出镜的另一表面镀有输出光高透膜。
8.根据权利要求1所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器，其特征在于，所述增益介质为Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体，所述饱和吸收体的材质为Cr4+:YAG晶体、二硫化钼、V:YAG晶体、石墨烯、黑磷或LiF:F2 -，所述饱和吸收体的透过率小于60％。
9.权利要求3-7任一所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器的控制方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)将所述C-mount封装半导体激光器安装在所述半导体激光器夹具上，通过所述PID温控系统对所述半导体激光器夹具进行温度检测及温度控制，进而调节所述C-mount封装半导体激光器的温度至15℃-40℃；
(2)沿光路依次放置所述增益介质、饱和吸收体、输出镜在所述晶体夹具上，所述C-mount封装半导体激光器与所述增益介质之间的距离小于1mm，所述增益介质与所述饱和吸收体之间的距离小于1mm，所述饱和吸收体与所述输出镜之间的距离为1-2mm；
(3)通过所述PID温控系统对所述晶体夹具进行温度检测及温度控制，进而调节所述增益介质、饱和吸收体的温度至15℃-40℃；
(4)将所述C-mount半导体激光器的功率调至最大，输出脉冲，依次更换透过率分别为20％、30％、40％、50％的输出镜，分别调节输出镜的角度至输出功率最大；并通过光电探测器采集输出光并通过示波器进行分析，当获得单泵浦脉冲内单个输出脉冲时，确定输出镜透过率；
(5)保持输出功率最大，确定所述增益介质以及饱和吸收体的温度，即：在脉冲序列保持稳定时，选取输出功率最大时的所述增益介质以及饱和吸收体的温度并固定该温度；
(6)固定所述半导体激光器夹具、晶体夹具，拧紧各个夹具螺丝并用螺丝胶黏合至完全固定，封装所述微片激光器。
10.根据权利要求9所述的一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器的控制方法，其特征在于，调节所述C-mount封装半导体激光器的温度至20℃；调节所述增益介质、饱和吸收体的温度至20℃；所述输出镜的透过率为40％。
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