CN1897370A - 2μm键合单块非平面单纵模激光器 - Google Patents
2μm键合单块非平面单纵模激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1897370A CN1897370A CN 200610086630 CN200610086630A CN1897370A CN 1897370 A CN1897370 A CN 1897370A CN 200610086630 CN200610086630 CN 200610086630 CN 200610086630 A CN200610086630 A CN 200610086630A CN 1897370 A CN1897370 A CN 1897370A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- crystal
- yag
- monoblock
- doping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
一种利用掺杂晶体和非掺杂晶体扩散键合或者组合放置构成非平面环形腔产生2μm单纵模激光输出的激光器。该激光器的激光介质是可产生2μm激光输出的掺杂晶体(如Tm:YAG、Tm:LuAG、Tm，Ho:YAG、Ho:YAG晶体等)和非掺杂晶体(如非掺杂的YAG晶体)扩散键合或者组合放置构成的单块非平面环形晶体，采用中心波长与掺杂晶体吸收波长一致的半导体激光器为泵浦源，可产生2μm单纵模激光输出。本发明的特点是：采用扩散键合或者组合放置构成的复合晶体为工作物质，采用单块非平面环形腔为激光谐振腔，可产生2μm的单纵模激光输出。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域。
背景技术
2μm波段激光器在激光医学和激光雷达、激光测距等领域有重要应用前景。由于2μm波段存在多个水的吸收峰，而人体组织中含有大量的水分，因此利用2μm波段激光可以实现对生物组织的精密切割，还可作为医生切除软骨和其他硬组织的精密医疗仪器。同时，2μm波段激光器在激光雷达、激光测距等目标探测领域中也有重要的应用价值，可用作相干多普勒测风雷达、激光测距机、空气中CO2和水蒸气含量测量雷达等的光源。
在多数应用中需要单纵模运转的2μm波段固体激光器。根据目前的技术，能够实现固体激光器单纵模运转的方式主要有微片腔法、腔内加F-P标准具法、扭转模腔法和环形腔法。其中单块非平面环形腔法是性能最优良的实现激光单纵模运转的技术方案，其基本思想是将单块增益介质的几个光学面加工成在空间具有不同取向的反射面，当振荡光在单块晶体内经过几个反射面反射后形成闭环，利用各反射面对入射光的附加相移和外加磁场的作用，使沿正向和反向传播的s、p本征偏振光具有不同的损耗，保证激光腔内只有损耗最小的本征偏振光实现单向行波振荡，从而得到单纵模激光输出。它的原理类似于加入法拉第光学单向器的单向行波平面环形腔，但由于采用了非平面结构形式，在单块激光晶体内可完成激光振荡。
非平面单向行波环形腔激光器的优点是单块化、稳定性好、频率及功率噪声小，其主要缺点是非平面单块晶体的设计复杂，加工有一定难度，需要较大尺寸的激光晶体材料。对于采用单块非平面环形腔实现2μm而言，晶体材料(如Tm:YAG、Tm:LuAG、Tm，Ho:YAG、Ho:YAG等)较难获得光学均匀性好的大口径晶体，晶体对2μm波段的再吸收严重，这些都限制了2μm单块非平面环形腔激光器的高效运转。为了利用性能优良的单块非平面环形腔方式实现2μm波段单纵模激光振荡，同时降低器件成本，采用将2μm晶体材料和无掺杂的YAG晶体采用扩散键合方式形成满足单纵模激光振荡条件的单块非平面晶体，既解决了加工难度又减少了晶体再吸收，同时采用发射波长与晶体吸收波长一致的半导体激光(LD)泵浦源，实现2μm波段的单纵模激光输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够产生2μm波段单纵模激光运转的单块非平面环形腔激光器。本发明的主要内容包括：(一)2μm波段掺杂激光晶体(1a)(如Tm:YAG晶体、Tm:LuAG晶体、Tm，Ho:YAG晶体和Ho:YAG晶体)和非掺杂的晶体(1b)(如纯YAG晶体)扩散键合的单块非平面晶体。单块非平面晶体需外加磁场(11)，磁场方向垂直晶体端面(2)。晶体端面(2)既作为泵浦光(9)的入射面又作为输出耦合面，其上镀对出射波长s偏振光高反、p光高透的反射膜，同时镀对泵浦光的增透膜。(二)2μm波段掺杂激光晶体(1a)(如Tm:YAG晶体、Tm:LuAG晶体、Tm，Ho:YAG晶体和Ho:YAG晶体)端面(2)既作为泵浦光(9)的入射面又作为输出耦合面，其上镀对出射波长s偏振光高反、p光高透的反射膜，同时镀对泵浦光的增透膜，端面(3)镀振荡光波长增透膜，非掺杂的晶体(1b)(如纯YAG晶体)端面(3)镀振荡光波长增透膜，并将二者放置在一起，形成准单块非平面晶体。单块非平面晶体需外加磁场(11)，磁场方向垂直晶体端面(2)。(三)一种半导体激光器泵浦的2μm单纵模激光器，包括泵浦源半导体激光器(13)(如半导体激光器模块或光纤耦合输出的半导体激光器)、温度传感器(14)、热电致冷器(15)、散热片(16)、泵浦光耦合系统(17)、单块非平面环形晶体(1)、LD驱动源(29)、LD温控系统(30)和单块晶体温控系统(31)。半导体激光器(13)为单块非平面激光晶体(1)提供泵浦能量，其泵浦光(9)经耦合光学系统(17)整形后聚焦于单块非平面激光晶体(1)，使激光器产生单纵模激光振荡，振荡光(10)经滤光片(20)滤掉泵浦光后输出。为了保证激光器的稳定运转，单块非平面环形激光晶体固定在热沉上，表面上粘测温铂电阻(18)和热电致冷器(19)用来控制晶体温度。
附图说明
图1是键合单块非平面环形腔结构示意图。
图2是键合单块非平面环形腔主视图。
图3是键合单块非平面环形腔左视图。
图4是键合单块非平面环形腔前视图。。
图5是本发明的激光器系统整体结构示意图。
具体实施方式
实施例1：图1是实现2μm单纵模激光振荡的键合单块非平面环形腔结构示意图，2μm激光晶体(1a)和非掺杂晶体(1b)键合成单块激光晶体(1)构成了激光器的谐振腔，A点既是泵浦光(9)的入射点，又是振荡激光(10)的出射点，利用光波在腔内B、C和D点的全反射面上的相位延迟，由外加磁场H引入的法拉第旋光效应，以及通过在A点所在的晶体端面(2)上镀膜，使腔内沿顺时针方向和逆时针方向传播的光波具有不同的本征偏振态，且每个方向的s偏振光和p偏振光对于输出面具有不同的反射系数，最终让一个方向的某一个偏振态起振而实现单纵模输出。激光振荡波长位于2μm波段，磁铁用于产生所需的外加磁场(11)，磁场强度H可选为0.2T～0.5T之间。
实施例2：图1也是实现2μm单纵模激光振荡的准单块非平面环形腔结构示意图，2μm激光晶体(1a)在端面(3)镀振荡光增透膜，非掺杂晶体(1b)端面(3)也镀振荡光增透膜，二者紧贴在一起，组合成准单块激光晶体(1)。2μm激光晶体(1a)上的A点既是泵浦光(9)的入射点，又是振荡激光(10)的出射点，利用光波在腔内B、C和D点的全反射面上的相位延迟，由外加磁场H引入的法拉第旋光效应，以及通过在A点所在的晶体端面(2)上镀膜，使腔内沿顺时针方向和逆时针方向传播的光波具有不同的本征偏振态，且每个方向的s偏振光和p偏振光对于输出面具有不同的反射系数，最终让一个方向的某一个偏振态起振而实现单纵模输出。激光振荡波长位于2μm波段，磁铁用于产生所需的外加磁场(11)，磁场强度H可选为0.2T～0.5T之间。
实施例1和例2的单块结构非平面环形腔结构可选择如下一种结构参数：
1.晶体端面(2)与下底面(4)、上地面(5)均垂直，该端面尺寸为12×4mm2；
2.两侧面(6)、(8)与下底面(4)夹角均为75°；
3.后表面(7)与下底面(4)夹角β为80°；
4.入射光线(9)、出射光线(10)与轴线(12)夹角f均为46.1°；
5.晶体(1a)的尺寸为12×4×3mm3；
6.晶体(1)总长l为14mm，厚度d为4mm。
实施例1和例2的晶体端面(2)上的镀膜需满足以下条件：
1.对激光晶体的泵浦光增透，T＞99％；
2.对振荡的s偏振光反射率为95％～99％(相应透过率5％～1％)，对p偏振光的反射率70％～85％(透过率30％～15％)。
3.泵浦光9的入射角为46.1°，输出面的内反射角为23.43°。
下面再结合图3对本发明的具体实施方式进一步说明，“-”表示电线，
表示光纤，“→”表示光信号。本发明的激光器由激光头(22)和电源机箱(32)两大部分组成，激光头(22)是激光器系统的光学部分，其作用是产生单纵模激光，电源机箱(32)是激光器的控制系统部分，其作用是为激光头内的光学装置提供合适的驱动电源和温控电源。接口(23)、(26)表示激光头部分(22)和半导体激光器电源(29)的电线接口；接口(24)、(27)表示激光头部分(22)和半导体激光器温控电源(30)的电线接口；接口(25)、(28)表示激光头部分(22)和晶体温控电源(31)的电线接口。单块非平面激光晶体(1)的泵浦源是中心波长785nm的半导体激光器(13)，温度传感器(14)、半导体致冷器(TEC)(15)和温控电源(30)用于对半导体激光器(13)进行温度控制。半导体激光器输出的光束(9)经耦合整形系统(17)后入射到固体激光晶体(1)上，实现对激光器的泵浦。为获得2μm单纵模激光输出，需要精心设计单块非平面激光晶体(1)的结构参数(这在前面已有较详细的说明)，并在激光晶体的输出面(2)上镀对泵浦光高透、对振荡光有一定透过率的多层介质膜，同时要保证晶体温控系统(31)的温度稳定性小于0.1℃。为获得稳定的激光输出，半导体激光器温控(30)应保证泵浦源(13)的出射波长与激光晶体(1a)的吸收谱线一致，同时保持驱动源(29)工作电流稳定。激光振荡形成后，经由滤光片(20)过滤泵浦光波，获得单纵模的2μm激光输出。
Claims (3)
1.一种实现2μm波段单纵模激光振荡的扩散键合单块非平面环形腔：掺杂激光晶体(1a)，可采用Tm，YAG、Tm:LuAG、Tm，Ho:YAG、Ho:YAG；非掺杂的晶体(1b)，可采用非掺杂YAG晶体；由掺杂激光晶体(1a)和非掺杂的晶体(1b)之间通过扩散键合的方式加工成单块非平面激光晶体(1)；这种结构的谐振腔既利用了单块非平面环形腔单频性能好、单块化、稳定性好的优点，又解决了大块2μm波段激光晶体获得困难和2μm激光晶体产生激光振荡时再吸收损耗问题。
2.一种实现2μm波段单纵模激光振荡的准单块结构非平面环形腔：掺杂激光晶体(1a)，可采用Tm，YAG、Tm:LuAG、Tm，Ho:YAG、Ho:YAG；非掺杂的晶体(1b)，可采用非掺杂YAG晶体；掺杂激光晶体(1a)和非掺杂的晶体(1b)之间镀振荡波长的高透膜，并放置在一起，组合成准单块非平面环形激光晶体(1)；该谐振腔结构也可解决大块2μm波段激光晶体获得困难和2μm激光晶体产生激光振荡时再吸收损耗问题。
3.如权利要求1、权利要求2所述的一种可产生2μm波段单纵模激光输出的固体激光器，其特征在于该激光器采用扩散键合单块或者准单块非平面环行晶体为激光谐振腔，以中心波长与掺杂晶体吸收波长一致的半导体激光器为泵浦源的非平面环形腔激光器，该激光器包括半导体激光器(13)或光纤耦合输出的半导体激光器(13)、温度传感器(14)、热电致冷器(15)、散热片(16)、泵浦光耦合光学系统(17)、单块非平面激光晶体(1)、测温铂电阻(18)、热电致冷器(19)、滤光片(20)、LD驱动源(29)、半导体激光器温控系统(30)、单块激光晶体温控系统(31)；半导体激光器(13)输出泵浦光(9)经耦合光学系统(17)整形后聚焦于非平面激光晶体(1)，使激光器产生单纵模振荡光束，光束经滤光片(20)滤掉泵浦光后输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610086630 CN1897370A (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 2μm键合单块非平面单纵模激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610086630 CN1897370A (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 2μm键合单块非平面单纵模激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1897370A true CN1897370A (zh) | 2007-01-17 |
Family
ID=37609798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200610086630 Pending CN1897370A (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 2μm键合单块非平面单纵模激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1897370A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102074879B (zh) * | 2009-11-25 | 2012-03-28 | 中国科学院半导体研究所 | 固体激光器用yag棒的固定方法 |
| CN103022859A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 改善非平面环形腔激光器输出光束对称性的装置 |
| CN104659649A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-27 | 中国人民解放军装备学院 | 一种基于非平面环形腔结构的拉曼激光器 |
| CN105161975A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 全光纤耦合气密封装小型非平面环形单频激光器 |
| CN114122882A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-03-01 | 北京理工大学 | 一种基于单块环形腔的波长宽调谐单纵模激光器 |
| US11394168B1 (en) * | 2019-06-05 | 2022-07-19 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Micro non-planar ring oscillator with optimized output power and minimized noise in a reduced size package |
| CN117856018A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-04-09 | 北京理工大学 | 一种基于梯度掺杂激光陶瓷的单块非平面环形腔激光器 |
-
2006
- 2006-06-23 CN CN 200610086630 patent/CN1897370A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102074879B (zh) * | 2009-11-25 | 2012-03-28 | 中国科学院半导体研究所 | 固体激光器用yag棒的固定方法 |
| CN103022859A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 改善非平面环形腔激光器输出光束对称性的装置 |
| CN104659649A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-27 | 中国人民解放军装备学院 | 一种基于非平面环形腔结构的拉曼激光器 |
| CN105161975A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 全光纤耦合气密封装小型非平面环形单频激光器 |
| US11394168B1 (en) * | 2019-06-05 | 2022-07-19 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Micro non-planar ring oscillator with optimized output power and minimized noise in a reduced size package |
| CN114122882A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-03-01 | 北京理工大学 | 一种基于单块环形腔的波长宽调谐单纵模激光器 |
| CN117856018A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-04-09 | 北京理工大学 | 一种基于梯度掺杂激光陶瓷的单块非平面环形腔激光器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1897370A (zh) | 2μm键合单块非平面单纵模激光器 | |
| CN101592845B (zh) | 双波长可调谐内腔太赫兹参量振荡器及其使用方法 | |
| CN101950918B (zh) | 一种适于激光显示用的自倍频绿光固体激光器 | |
| CN200959480Y (zh) | 2μm键合单块非平面单纵模激光器 | |
| CN103618205B (zh) | 一种全固态单纵模黄光激光器 | |
| JPH03505948A (ja) | 突き合わせ連結された単横モード励起レーザ | |
| CN107394577B (zh) | 一种中红外全固态激光器 | |
| JP7037731B2 (ja) | フォノンバンド端発光に基づく全固体大出力スラブレーザ | |
| WO2022166102A1 (zh) | 一种基于多周期Nd:MgO:PPLN伺服匹配控制中红外差分双波长激光器 | |
| CN101039012A (zh) | 激光二极管侧面泵浦的铥钬双掺的氟化镥锂晶体激光器 | |
| CN107196181A (zh) | 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 | |
| CN113078534B (zh) | 一种基于复合结构增益介质的腔内级联泵浦激光器 | |
| CN102801102A (zh) | 一种3.9μm中红外激光器 | |
| CN109103738B (zh) | 一种全泵浦范围零生热的固体激光器 | |
| CN111193168A (zh) | 可切换输出的变波长激光器 | |
| CN201001003Y (zh) | 激光二极管侧面泵浦的铥钬双掺的氟化镥锂晶体激光器 | |
| CN113937610A (zh) | 正交线偏振双折射双频Nd:YAG激光器 | |
| CN101494355A (zh) | 一种双腔激光器 | |
| CN112448257A (zh) | 调q钬激光器 | |
| CN1713470A (zh) | 一种带望远镜谐振腔的垂直外腔面发射半导体激光器 | |
| CN113363801B (zh) | 一种高效率中远红外激光装置 | |
| CN2791973Y (zh) | 一种微片激光器 | |
| CN113314934B (zh) | 一种输出耦合率连续可调的激光装置 | |
| CN1140945C (zh) | 非谐振腔型光参量振荡器 | |
| CN220401095U (zh) | 一种可控制腔内结构的激光谐振腔 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |