CN2583844Y - 一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，包括：一激光二极管(101)，设置在激光二极管(101)后且与之光连接的聚焦整形装置(201)，设置在聚焦整形装置(201)后的微片晶体组(300)，所述微片晶体组(300)包括激光晶体(301)和倍频晶体(302)，其特征在于，所述微片晶体组(300)还包括温度补偿晶体(303)。本实用新型解决了微片激光器随温度变化功率输出起伏较大问题，可使激光器在一定的温度变化范围内实现较为稳定的工作，因此具有较高的实用价值。

Description

一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器

技术领域

本实用新型涉及固态激光器领域，尤其涉及一种微型化的激光二极管泵浦的腔内倍频全固态激光器。

背景技术

激光二极管(LD)泵浦的微片型激光器结构简单紧凑、体积小、成本低且安装方便，适合批量生产，具有较高的商业及应用价值。目前普通的腔内倍频微片激光器谐振腔部分主要有两部分构成，即激光晶体和倍频晶体，两者通过胶粘剂胶合或直接光胶的方式固定在一起组成平—平腔结构，激光晶体将泵浦光转化为基频光，倍频晶体则通过与激光晶体合适的匹配可对基频光进行二倍频或三倍频得到需要的激光输出。激光晶体在泵浦光入射端镀有对泵浦光增透(AR)、对基频光高反(HR)的介质膜层，倍频晶体激光输出端镀有对基频光高反、对倍频光增透的介质膜层，两端面共同构成了激光器的谐振腔，从而实现激光输出。

微片激光器的稳定工作，关键是如何消除温度对微片的影响。下面对现有技术激光器的工艺情况进行一简单介绍。

请参见图1所示，图1是现有技术一种典型的微片激光器的原理图。图中标号为101是激光二极管(LD)，与激光二极管(LD)101光连接的是聚焦整形装置201，其作用是对激光二极管LD 101出射的不规则发散光束进行整形并聚焦至激光晶体301上；与聚焦整形装置201光连接的是微片晶体组300，微片组300由激光晶体301和倍频晶体302通过光胶的方式固定在一起组成增益倍频谐振腔，激光晶体材料可以为Nd：YVO4、Nd：YAG或其他增益介质，倍频晶体材料可以为KTP、BBO或其他具有倍频特性的材料；在靠近激光晶体301一侧端面镀有对LD激射光束增透同时对腔内基频光高反的介质膜层401，在靠近倍频晶体302一侧端面上则镀有对基频光高反同时对倍频光增透的介质膜层402，两端面组成了平—平激光谐振腔。

以激光晶体采用Nd：YVO4、用KTP做倍频为例。

首先，沿腔轴方向看，激光晶体301，即Nd：YVO4的光轴与倍频晶体302KTP的主轴成45°夹角。这样由增益晶体发射的π偏振光束在进入倍频晶体KTP后分为两个偏振组份，在光束往返两次通过KTP后，两组份的位相差为：

               Δφ＝4πΔnL_KTP/λ         (1)

其中，

Δn为倍频晶体KTP两正交轴的折射率差，

L_KTP为倍频晶体KTP的长度，

λ为基频光在真空中的波长。

但倍频晶体KTP两正交轴的折射率差Δn对于温度的变化是非常敏感的( 量级)，这样温度变化时，KTP的波片效应也会跟着变化，返回后的基频光偏振态也随着发生变化，这样在通过激光晶体时增益就发生了变化，进而影响了激光的输出。

另外，由激光原理知识可知： $v_q=q\·\frac{C}{2L_e}---\left(2\right)$

其中，

v_q为腔内激光谐振频率，

L_e为激光器有效腔长，

q、C为常数。

可见激光器有效腔长的变化可以引起谐振频率的漂移，由于温度的变化直接影响到晶体折射率及厚度的变化，谐振频率的漂移就在所难免，这样基频光的增益就会发生变化，进而影响激光输出的稳定。

该结构有明显的不足之处，其激光输出受外界影响较大，外界温度的变化将会引起较大的功率起伏。温度对功率稳定性的影响可以归结为两点：1、温度变化会引起有效腔长的变化，直接导致了纵模的漂移，这样纵模的增益就会发生变化，从而导致功率起伏。2、倍频晶体对于温度的变化也相当敏感，温度变化对于倍频晶体的影响不仅体现在有效腔长的变化，其波片效应对温度的变化也较为敏感，两者综合作用也会导致功率起伏。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种改进的可稳定工作的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，它通过一种简单易行的温度补偿方法解决了激光输出随温度变化的起伏问题，无需或稍加温控就可实现激光器稳定工作，从而使之适用于多种领域。

本实用新型是这样实现的：一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，包括：一激光二极管(101)，设置在激光二极管(101)后且与之光连接的聚焦整形装置(201)，设置在聚焦整形装置(201)后的微片晶体组(300)，所述微片晶体组(300)包括激光晶体(301)和倍频晶体(302)，其特征在于，所述微片晶体组(300)还包括温度补偿晶体(303)。

在上述的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器中，所述的温度补偿晶体通过胶粘剂胶合或直接光胶的方式与激光晶体和(或)倍频晶体固定在一起。

本实用新型激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.由于设置了温度补偿晶体，该温度补偿晶体是一种双折射晶体，其折射率的热变化特性首先可以对倍频晶体的波片效应进行补偿；

2.温度补偿晶体同时可对激光谐振腔的有效腔长进行温度补偿。

3.由于通过选取适当的晶体对影响激光稳定输出两个主要因素做出补偿，无需或稍加温控就可使激光器得到较为稳定的功率输出，因此极为实用。

附图说明

通过以下对本实用新型激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本专利的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是现有技术普通微片激光器器件原理图；

图2是通过单块晶体进行温度补偿的示意图；

图3是通过两块晶体进行温度补偿的示意图；

图4是进行温度补偿后的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器的实施例原理图。

具体实施方式

图2所示为一种通过单块晶体补偿的微片激光器结构示意图。其中301为激光晶体，303为作为温度补偿的晶体，302为倍频晶体，通过光胶的方式固定在一起组成增益倍频谐振腔，激光晶体材料可以为Nd：YVO4、Nd：YAG或其他增益介质，倍频晶体材料可以为KTP、BBO或其他具有倍频特性的材料，303则是一种与激光晶体和倍频晶体温度特性相匹配的双折射材料，其长度及折射率随温度的变化可以对激光晶体301和倍频晶体302温度变化特性形成一种补偿，起到稳定倍频晶体302波片效应及稳定谐振腔有效腔长的作用；在靠近激光晶体301一侧端面镀对LD激射光束增透同时对腔内基频光高反的介质膜层401，在靠近倍频晶体302一侧端面上则镀有对基频光高反同时对倍频光增透的介质膜层402，两端面组成了平—平激光谐振腔。由于温度补偿晶体的加入，激光谐振腔的温度稳定性的到了有效的保证，这样激光器的稳定输出就得到了有效的控制。

图3所示为采用两片晶体进行温度补偿的微片激光器结构的又一实施例。其中304选用双折射材料，主要用来补偿倍频晶体波片效应的温度漂移，而303则主要对腔长的变化进行有效补偿，301、303、304和302同样是通过光胶的方式固定在一起。

图2和图3给出的实施例均是温度补偿晶体设置在激光晶体和倍频晶体之间的结构，除此之外，还可以将其设置在微片晶体组近激光晶体一侧或近倍频晶体侧，其工作原理同上，同样可以取得温度补偿效果，在此不一一赘述。

图4为本实用新型激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器的实施方案原理图。本实施例所示为采用了温度补偿方案后的微片激光器，由激光二极管101、聚焦整形装置201、微片晶体组300组成。其中，激光二极管LD101作为泵浦源；与激光二极管LD101光连接的是聚焦整形装置201，其作用是对激光二极管LD101出射的不规则发散光束进行整形并聚焦至激光晶体上；与聚焦整形装置201光连接的是微片晶体组300，微片组300由激光晶体301、温度补偿晶体303和倍频晶体302通过光胶的方式固定在一起组成增益倍频谐振腔，激光晶体301材料可以为Nd：YVO4、Nd：YAG或其他增益介质，倍频晶体302材料可以为KTP、BBO或其他具有倍频特性的材料，303则是一种与激光晶体301和倍频晶体302温度特性相匹配的双折射材料，其长度及折射率随温度的变化可以对激光晶体301和倍频晶体302温度变化特性形成一种补偿，起到稳定倍频晶体波片效应及稳定谐振腔有效腔长的作用；在靠近激光晶体301一侧端面镀对LD激射光束增透同时对腔内基频光高反的介质膜层401，在靠近倍频晶体302一侧端面上则镀有对基频光高反同时对倍频光增透的介质膜层402，两端面组成了平—平激光谐振腔。

与现有技术不同的是，在微片晶体组300中加入了温度补偿晶体303，该温度补偿晶体303可以补偿造成激光器随温度变化不能稳定工作的各主要因素，即倍频晶体波片效应随温度的变化和谐振腔有效腔长随温度的变化。这样激光器就实现了较为稳定的工作。

综上所述，本实用新型中，激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，通过一种简单易行的温度补偿晶体的加入，解决了微片激光器随温度变化功率输出起伏较大问题，可使激光器在一定的温度变化范围内实现较为稳定的工作，因此具有较高的实用价值。此外，本实用新型的温度补偿方法，对其他类激光器同样适用。

Claims (4)

1、一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，包括：一激光二极管(101)，设置在激光二极管(101)后且与之光连接的聚焦整形装置(201)，设置在聚焦整形装置(201)后的微片晶体组(300)，所述微片晶体组(300)包括激光晶体(301)和倍频晶体(302)，其特征在于，所述微片晶体组(300)还包括温度补偿晶体(303)。

2、如权利要求1所述的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，其特征在于，所述温度补偿晶体(303)、激光晶体(301)和倍频晶体(302)两两之间通过胶粘剂胶合或光胶连接。

3、如权利要求2所述的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，其特征在于，在所述的激光晶体(301)所在的一端端面镀有对激光二极管(101)发射波长增透同时对腔内基频光高反的介质膜层(401)，在靠近倍频晶体(302)的一端端面则镀有对基频光高反同时对倍频光增透的介质膜(402)。

4、如权利要求1或3所述的激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器，其特征在于，所述的温度补偿晶体(303)可以由多块不同材料的晶体组成。