CN2615923Y - 半导体多点泵浦多路径激光腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体多点泵浦多路径激光腔，由半导体激光器、准直模块、微透镜阵列和腔等组成；腔由两个腔镜和激光晶体组成，腔内可插入一个或多个非线性晶体。激光通过微透镜阵列，在激光晶体上被聚焦成二个或多个泵浦点，在腔内形成二路或多路径振荡之后，通过腔镜获得预想的激光输出。由于把泵浦光分成了几份，使得晶体热效应大为减小，有利于取得更好光束质量的激光，能利用的泵浦光可以提高几倍，因而，使能够实现的最大激光输出功率提高几倍。本实用新型可广泛应用在半导体泵浦固体激光器、激光放大器，激光器倍频，多倍频以及半导体泵浦激光放大器倍频，多倍频等领域，具有构思新颖、结构简化、体积小、造价低，调节简便易行等优点。

Description

半导体多点泵浦多路径激光腔

                      技术领域

本实用新型涉及一种高功率、高光束质量的半导体泵浦固体激光器件，特别涉及一种半导体多点泵浦多路径激光腔，属于光电技术领域。

                      背景技术

众所周知，随着半导体激光器的发展，半导体泵浦固体激光器(DPSSL)逐渐取代了传统的闪光灯泵浦固体激光器(FPSSL)，与FPSSL相比，DPSSL不仅结构紧凑，体积小，功耗小，效率高、寿命长，光束质量好等优点，而且DPSSL和非线性混频技术相结合，可以更容易实现从红外到紫外光的波段覆盖。为了得到高功率、高光束质量的DPSSL激光输出，近年来又发展了多点泵浦的多激光晶体，多腔镜的折叠方式，并用半导体激光器或光纤耦合的半导体激光器进行泵浦，在频率转换激光器方面(倍频、多倍频)得到广泛的应用。在已知技术中，有典型的多激光晶体，多腔镜的多点泵浦折叠腔激光器，如图1所示。图中，1、3、6为折叠腔的腔镜：1对振荡激光全反，3不仅全反且对泵浦激光高透，6对振荡激光部分反射，为激光腔的输出耦合镜。2为激光工作物质，如Na；YAG。4为泵浦光的聚焦系统。5为泵浦光源，如半导体激光器或光纤耦合的半导体激光器。7为激光输出。图中有四套2、3、4、5组成了四点泵浦多路径的折叠结构。在实际应用中，根据不同的要求，可以设计成两点，三点甚至超过四点泵浦。在输出耦合镜的前面还可以插入非线性晶体8，如KTP、LBO等。

但是，上述多点泵浦的多激光晶体，多腔镜的折叠方式，存在结构复杂、调节难度大，生产成本高，不利于小型化和模块化，难于实现产业化的规模等缺陷。

                      发明内容

本实用新型的目的就是保留上述折叠腔的多点泵浦的结构思想，减小其结构的复杂性和体积，将晶体腔镜的数量减为一个，依靠腔的多路径结构实现多点泵浦，提供一种高功率、高光束质量的半导体多点泵浦多路径激光腔。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：半导体多点泵浦多路径激光腔，由一个半导体激光器(若想得到更大的激光输出，泵浦光也可以使用多个光纤耦合的半导体激光器替代)、准直模块、微透镜阵列和腔等构成。微透镜阵列由二个或多个聚焦透镜组成；腔由二个腔镜13和16以及激光晶体组成，腔的长度L等于腔镜13与腔镜16之间的距离，腔长L由腔镜16(凹面反射镜)的曲率半径和激光路径数n决定的；腔镜13镀在激光晶体上，激光晶体与腔镜16之间可以设置一个或多个能够产生不同频率光的非线性晶体，亦可以不设置非线性晶体；半导体激光器产生的激光经过快—慢轴准直模块成为平行光，通过微透镜阵列，在激光晶体上被聚焦成二个或多个泵浦点。激光在腔内形成二路或多路径振荡之后，再通过腔镜16获得预想的激光输出。

本实用新型所称的半导体多点泵浦多路径激光腔，其特征是：组成腔的腔镜13与腔镜16分别为平面镜与凹面反射镜，也可以是凸面反射镜与凹面反射镜或凹面反射镜与凹面反射镜。但是，基于结构简单，成本低廉方面的考虑，选择平—凹结构且把平面腔镜镀在激光晶体上为佳。

本实用新型所称的激光腔，其特征是：微透镜阵列由三个聚焦透镜组成，由此聚焦成三个泵浦点(聚焦透镜数量等于泵浦点数)。

本实用新型所称的激光腔，其特征是：激光晶体与腔镜16之间设置一个非线性晶体。

本实用新型所称的半导体多点泵浦多路径激光器的工作原理如下：所谓多路径结构，指的是在腔内两个腔镜之间，可以形成一个自洽的、由多条光路组成的、类似于折叠腔的激光模式。这种激光模式在腔镜上可以形成多个反射点。以平—凹腔的多路径结构为例，设路径数为n，计算可以得到，腔的g参数为g＝CO2²π/n，假设凹面镜的曲率半径为R，则所要求的腔长L＝R(1-g)，即L＝R(1-CO2²π/n)。图2所示，设路径数为4，则腔长L＝R(1-CO2²π/4)＝1/2R；即腔长等于凹面反射镜曲率半径的一半。图3所示，设路径数为6，则腔长L＝1/4R。

本实用新型所称的半导体多点泵浦多路径激光腔具有构思新颖，结构简化、体积小、造价低、调节简单易行等优点。由于把泵浦光分成了几份，使得晶体热效应大为减小，有利于得到更好光束质量的激光，可利用的泵浦光可以提高几倍。因而，实现的最大激光输出功率可以提高n倍。本实用新型可广泛地应用于半导体泵浦固体激光器、半导体泵浦激光放大器、半导体泵浦激光器倍频、多倍频以及半导体泵浦激光放大器倍频、多倍频等领域。

                      附图说明

附图1为典型的多激光晶体、多腔镜的多点泵浦折叠腔激光器示意图；

附图2为四路径的多路径平—凹腔原理图；

附图3为六路径的多路径平—凹腔原理图；

附图4为单个半导体激光器3点泵浦四路径激光腔示意图；

附图5为单个半导体激光器3点泵浦六路径激光腔示意图。

                    具体实施方式

实施例1：结合图4所示叙述如下：选择n＝4的多路径结构，选用20W的半导体激光器条形巴9，发光长度为10mm，半导体激光经过快—慢准直模块10成为平行光，经过由三个聚焦透镜组成的微透镜阵列11，在激光晶体(材料为Na:YVO4，即掺钕的钒酸钇，尺寸规格为15mm×4mm×4mm)14上被聚焦成间隔为4mm的三个泵浦点12，腔由腔镜13、激光晶体14和腔镜16组成，激光晶体14与腔镜16之间设置了一个非线性晶体15。腔镜13为平面镜且镀在激光晶体14上。腔镜16为凹面反射镜，其曲率半径为200mm，作为激光输出17的腔镜，膜层性能为在1064nm(纳米)高反，在532nm高透。腔镜13的性能要求在1064nm高反，在808nm高透。非线性晶体(KTP)15选用10mm作为倍频材料，输出激光17为2.5W的绿光。

实施例2：结合附图5所示，详细叙述如下：选择n＝6的多路径结构，选用20W半导体激光器9、发光长度为10mm，激光经快—慢准直模块10成为平行光，经过由三个透镜组成的微透镜阵列11之后，在激光晶体(材料为Nd:YUO4，规格为15mm×4mm×4mm)14上被聚焦成间隔为4mm的三个泵浦点12。腔由腔镜13激光晶体14和腔镜16组成。腔镜13为平面镜且镀在激光晶体14上，其性能为在1064nm(纳米)高反，在808nm高透。腔镜16为凹面反射镜，其曲率半径为400nm，在激光输出点的1064nm的反射率为90％。计算可得腔长L＝100nm，实验结果从腔镜16激光输出17为10W的红外激光。

Claims (4)

1、一种半导体多点泵浦多路径激光腔，由半导体激光器(9)、准直模块(10)，微透镜阵列(11)和腔等构成，其特征是：微透镜阵列(11)由二个或多个聚焦透镜组成；腔由腔镜(13)，激光晶体(14)和腔镜(16)组成，腔的长度L等于腔镜(13)与腔镜(16)之间的距离，腔长L由腔镜(16)的曲率半径R和激光路径数N决定；腔镜(13)镀在激光晶体(14)上，激光晶体(14)与腔镜(16)之间可以设置一个或多个能够产生不同频率光的非线性晶体(15)，亦可以不设置非线性晶体(15)；半导体激光器(9)产生的激光经过快一慢轴准直模块(10)成为平行光，通过微透镜阵列(11)，在激光晶体(14)上被聚焦成二个或多个泵浦点(12)、激光在腔内形成二路或多路径振荡之后，再通过腔镜(16)获得预想的激光输出(17)。

2、根据权利要求1所述的半导体多点泵浦多路径激光腔，其特征是：微透镜阵列(11)由三个聚焦透镜组成。

3、根据权利要求1或2所述的半导体多点泵浦多路径激光腔，其特征是：组成腔的腔镜(13)与腔镜(16)分别为平面镜(13)与凹面反射镜(16)，也可以是凸面镜(13)与凹面反射镜(6)或凹面反射镜(13)与凹面反射镜(16)。

4、根据权利要求1所述的半导体多点泵浦多路径激光腔，其特征是：激光晶体(14)与腔镜(16)之间设置一个非线性晶体(15)。

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