DE212021000433U1 - Miniature dual-microdisk-based mid-infrared laser - Google Patents

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DE212021000433U1 DE212021000433.4U DE212021000433U DE212021000433U1 DE 212021000433 U1 DE212021000433 U1 DE 212021000433U1 DE 212021000433 U DE212021000433 U DE 212021000433U DE 212021000433 U1 DE212021000433 U1 DE 212021000433U1
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Abstract

doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser, umfassend eine Laserquelle (1), einen Koppler (2), einen Echowand-Mikroscheibenlaser (3) und einen Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator (4); wobei der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) gestapelt angeordnet sind;
wobei der Koppler (2) eine erste Linse (21), einen unteren Kopplungskristall (22), einen oberen Kopplungskristall (23) und eine zweite Linse (24) umfasst, und wobei der untere Kopplungskristall (22) und der obere Kopplungskristall (23) gestapelt angeordnet sind;
wobei die erste Linse (21) zwischen der Laserquelle (1) und einer Einfallsfläche (221) des unteren Kopplungskristalls (22) angeordnet ist, wobei der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) tangential zu einer unteren Kopplungsfläche (222) des unteren Kopplungskristalls (22) ist und der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) tangential zu einer oberen Kopplungsfläche (231) des oberen Kopplungskristalls (23) ist, der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) tangiert zu einer oberen Kopplungsfläche (231) des oberen Kopplungskristalls (23) ist, die zweite Linse (24) mit einer Ausgangsfläche (232) des oberen Kopplungskristalls (23) gekoppelt ist;
wobei die Laserquelle (1) zum Erzeugen eines Einfrequenzlasers vorgesehen ist, der durch die erste Linse (21) gekoppelt und kollimiert und danach durch den unteren Kopplungskristall (22) in den Echowand-Mikroscheibenlaser (3) eingekoppelt wird, wobei der Einfrequenzlaser nach einem Übergang zum oberen Energieniveau durch den Echowand-Mikroscheibenlaser (3) Pumplicht bildet, das durch den oberen Kopplungskristall (23) in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) eingekoppelt wird, wobei nach einer Resonanzverstärkung des Pumplichts im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator (4) Signallicht in einem Nahinfrarotband und Leerlauffrequenzlicht in einem Mittelinfrarotband erzeugt werden, wobei das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht nacheinander durch den oberen Kopplungskristall (23) und die zweite Linse (24) durchgehen und danach ausgegeben werden.

Figure DE212021000433U1_0000
A double microdisk-based miniature mid-infrared laser comprising a laser source (1), a coupler (2), an echo wall microdisk laser (3), and an echo wall microdisk optical parametric oscillator (4); wherein the echo wall microdisk laser (3) and the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4) are stacked;
wherein the coupler (2) comprises a first lens (21), a lower coupling crystal (22), an upper coupling crystal (23) and a second lens (24), and wherein the lower coupling crystal (22) and the upper coupling crystal (23) are stacked;
the first lens (21) being positioned between the laser source (1) and an incident surface (221) of the lower coupling crystal (22), the echo wall microdisk laser (3) being tangential to a lower coupling surface (222) of the lower coupling crystal (22) and the echo wall microdisk laser (3) is tangent to a top coupling surface (231) of the top coupling crystal (23), the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4) is tangent to a top coupling surface (231) of the top coupling crystal ( 23), the second lens (24) is coupled to an output face (232) of the upper coupling crystal (23);
the laser source (1) being arranged to produce a single frequency laser which is coupled and collimated by the first lens (21) and thereafter coupled through the lower coupling crystal (22) into the echo wall microdisk laser (3), the single frequency laser after a transition to the upper energy level by the echo wall microdisc laser (3) forms pump light, which is coupled through the upper coupling crystal (23) into the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4), wherein after resonance amplification of the pump light in the echo wall microdisk Optical parametric oscillator (4) signal light in a near-infrared band and idle frequency light in a mid-infrared band are generated, the signal light and idle frequency light sequentially passing through the upper coupling crystal (23) and the second lens (24) and then being output.
Figure DE212021000433U1_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Mittelinfrarotlaser-Technologie und betrifft insbesondere einen doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlaser.The present application relates to the field of mid-infrared laser technology and more particularly relates to a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Mittelinfrarotlaser im Wellenlängenbereich von 3-5 µm eignen sich am besten für die Infrarotspektroskopie und finden daher in verschiedenen Bereichen wie für Medizin und Biologie breite Anwendungen. Aufgrund der starken Durchdringfähigkeit des Lasers im Mittelinfrarotband in die Atmosphäre findet er darüber hinaus breite Anwendungen in vielen Aspekten wie für eine Wetterüberwachung, eine optische Raumkommunikation, eine Laserentfernungsmessung, einen Laserradar, eine Laserführung, ein Fernabtasten.Mid-infrared lasers in the wavelength range of 3-5 µm are best suited for infrared spectroscopy, and hence are widely used in various fields such as medicine and biology. Moreover, due to the strong penetrating ability of the mid-infrared band laser in the atmosphere, it finds wide applications in many aspects such as weather monitoring, space optical communication, laser ranging, laser radar, laser guidance, long-distance scanning.

Unter den vielen technischen Lösungen zur Erzeugung von langwelligen Lichtquellen im Infrarotband wird ein Nahinfrarotlaser als eine Pumplichtquelle verwendet und eine Frequenz-Abwärtskonvertierung wird durch einen optischen parametrischen Effekt ermöglicht, was eine Lösung zum Erhalten vom langwelligen Infrarotlaser von 3-5 µm ist. Als technische Methoden dabei sind eine Differenzialfrequenz (DF), eine optisch-parametrische Erzeugung (OPG), eine optisch-parametrische Oszillation (OPO) und ein optisch-parametrischer Verstärker (OPA) eingeschlossen. Im Vergleich zu den DF- und OPG-Technologien sind bei den OPO- und OPA-Technologien technische Geräte einfach ausgestaltet, eine hohe Wiederholfrequenz und eine hohe durchschnittliche Leistungsausgabe können erzielt werden.Among the many technical solutions for generating long-wavelength light sources in the infrared band, a near-infrared laser is used as a pumping light source and frequency down-conversion is enabled by an optical parametric effect, which is a solution for obtaining the long-wavelength infrared laser of 3-5 µm. The technical methods included are differential frequency (DF), optical parametric generation (OPG), optical parametric oscillation (OPO), and optical parametric amplifier (OPA). Compared with the DF and OPG technologies, in the OPO and OPA technologies, technical devices are simple in design, high repetition frequency and high average power output can be achieved.

Basierend auf den vorgenannten Prinzipien offenbart das Patent mit der Veröffentlichungsnummer CN209418978U einen hocheffizienten, kontinuierlich abstimmbaren optischen parametrischen Mittelinfrarot-Oszillationslaser (high-efficiency intermediate infrared continuous tunable optical parametric oscillation laser); das Patent mit der Veröffentlichungsnummer CN106981818B offenbart einen Nanosekundenpulse-Optische-parametrischen-Verstärker mit locking-abstimmbarer Mitteninfrarot-Schmallinienbreite und Plattenmikrohohlraum-Nahtinfrarot-Seed-Licht-Injektion (a nanosecond pulse optical parametric amplifier, with locking tunable midinfrared narrow line-width and sheet micro-cavity near infrared seed light injection); und das Patent mit der Veröffentlichungsnummer CN106992426B offenbart einen Hohlraum-Pumplicht- parametrischen-Oszillator mit single-ended Ausgang (cavity pump light parameter oscillator of single-ended output). In den allen vorgenannten Patenten werden separate optische Raumelemente wie Resonatorspiegel, Linse und Reflexionsspiegel usw. verwendet, um die Hauptkomponenten eines Lasers zu bilden, was zur Folge hat, dass der Laser wegen seiner komplexen Gesamtstruktur und seines großen Volumens sowie seines hohen Gewichts schwer in Bereichen mit hohen Anforderungen an Gewicht und Volumen eingesetzt werden kann.Based on the above principles, patent publication number discloses CN209418978U a high-efficiency intermediate infrared continuous tunable optical parametric oscillation laser; the patent with the publication number CN106981818B discloses a nanosecond pulse optical parametric amplifier, with locking tunable midinfrared narrow line-width and sheet micro-cavity near infrared seed light injection light injection); and patent publication number CN106992426B discloses a cavity pump light parameter oscillator of single-ended output. In all the above patents, separate optical space elements such as resonator mirror, lens and reflecting mirror etc. are used to form the main components of a laser, resulting in the laser being heavy in areas because of its complex overall structure and large volume as well as heavy weight with high weight and volume requirements.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Die vorliegende Anmeldung stellt einen doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlaser bereit, der das Problem löst, dass ein Laser wegen seiner komplexen Struktur der Ganzheit, seines großen Volumens und seines hohen Gewichts schwer in Bereichen, die hohe Anforderungen an Gewicht und Volumen stellen, eingesetzt werden kann.The present application provides a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser that solves the problem that a laser is difficult to be used in areas requiring high weight and volume because of its complex structure of the whole, large volume and heavy weight can.

Um das obige Problem zu lösen, steht in der vorliegenden Anmeldung eine technische Lösung zur Verfügung: ein doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser, umfassend eine Laserquelle, einen Koppler, einen Echowand-Mikroscheibenlaser und einen Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator; wobei der Echowand-Mikroscheibenlaser und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator gestapelt angeordnet sind;
wobei der Koppler eine erste Linse, einen unteren Kopplungskristall, einen oberen Kopplungskristall und eine zweite Linse umfasst; der untere Kopplungskristall und der obere Kopplungskristall gestapelt angeordnet sind;
wobei die erste Linse zwischen der Laserquelle und einer Einfallsfläche des unteren Kopplungskristalls vorgesehen ist, der Echowand-Mikroscheibenlaser tangential zu einer unteren Kopplungsfläche des unteren Kopplungskristalls ist, der Echowand-Mikroscheibenlaser tangential zu einer oberen Kopplungsfläche des oberen Kopplungskristalls ist, der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator tangiert zu einer oberen Kopplungsfläche des oberen Kopplungskristalls ist, die zweite Linse mit einer Ausgangsfläche des oberen Kopplungskristalls gekoppelt ist;
wobei die Laserquelle zum Erzeugen eines Einfrequenzlasers vorgesehen ist, wobei der Einfrequenzlaser durch die erste Linse gekoppelt und kollimiert und danach durch den unteren Kopplungskristall in den Echowand-Mikroscheibenlaser eingekoppelt wird, der Einfrequenzlaser nach einem Übergang zum oberen Energieniveau durch den Echowand-Mikroscheibenlaser Pumplicht bildet, wobei das Pumplicht durch den oberen Kopplungskristall in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator eingekoppelt wird, nach einer Resonanzverstärkung des Pumplichts im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator Signallicht in einem Nahinfrarotband und Leerlauffrequenzlicht in einem Mittelinfrarotband erzeugt werden, das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht nacheinander durch den oberen Kopplungskristall und die zweite Linse durchgehen und danach ausgegeben werden.
In order to solve the above problem, a technical solution is available in the present application: a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser comprising a laser source, a coupler, an echo wall microdisk laser, and an echo wall microdisk optical parametric oscillator; wherein the echo wall microdisk laser and the echo wall microdisk optical parametric oscillator are stacked;
wherein the coupler comprises a first lens, a bottom coupling crystal, a top coupling crystal and a second lens; the lower coupling crystal and the upper coupling crystal are stacked;
wherein the first lens is provided between the laser source and an incident surface of the lower coupling crystal, the echo wall microdisk laser is tangent to a lower coupling surface of the lower coupling crystal, the echo wall microdisk laser is tangent to an upper coupling surface of the upper coupling crystal, the echo wall microdisk optical - the parametric oscillator is tangent to an upper coupling surface of the upper coupling crystal, the second lens is coupled to an output surface of the upper coupling crystal;
wherein the laser source is for generating a single-frequency laser, the single-frequency laser being coupled and collimated by the first lens and thereafter coupled through the lower coupling crystal into the echo wall microdisk laser, the single-frequency laser forming pump light after a transition to the upper energy level through the echo wall microdisk laser, wherein the pump light is coupled through the upper coupling crystal into the echo wall microdisc optical parametric oscillator after resonant amplification of the pump light in the echo wall mic rodisk optical parametric oscillator, signal light in a near infrared band and idle frequency light in a mid infrared band are generated, the signal light and the idle frequency light successively pass through the upper coupling crystal and the second lens, and thereafter are output.

Als eine bevorzugte Lösung umfasst der obere Kopplungskristall ferner eine erste reflektierende Oberfläche und eine zweite reflektierende Oberfläche; wobei die erste reflektierende Oberfläche und die zweite reflektierende Oberfläche beide eine Bogenfläche sind;
das Pumplicht nacheinander von der ersten reflektierenden Oberfläche und der zweiten reflektierenden Oberfläche reflektiert und in den oberen Kopplungskristall fokussiert wird.
As a preferred solution, the upper coupling crystal further comprises a first reflective surface and a second reflective surface; wherein the first reflective surface and the second reflective surface are both an arcuate surface;
the pump light is successively reflected from the first reflecting surface and the second reflecting surface and focused into the upper coupling crystal.

Als eine bevorzugte Lösung umfasst der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser ferner eine erste Heizplatte und eine zweite Heizplatte, die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheibenlasers vorgesehen sind.As a preferred solution, the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser further includes a first heater plate and a second heater plate provided on two sides of the echo wall microdisk laser, respectively.

Als eine bevorzugte Lösung umfasst der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser ferner eine dritte Heizplatte und eine vierte Heizplatte, die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators vorgesehen sind.As a preferred solution, the double-microdisc-based miniature mid-infrared laser further comprises a third heater plate and a fourth heater plate provided on two sides of the echo wall microdisk optical parametric oscillator, respectively.

Als eine bevorzugte Lösung ist als Material des Echowand-Mikroscheibenlasers ein Neodym-dotierter Yttrium-Vanadat-Kristall mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 1 mm-10 mm verwendet.As a preferred solution, a neodymium-doped yttrium vanadate crystal with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 1 mm-10 mm is used as the material of the echo wall microdisk laser.

Als eine bevorzugte Lösung ist als Material des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators ein ferroelektrischer Kristall verwendet.As a preferred solution, a ferroelectric crystal is used as the material of the echo wall microdisc optical parametric oscillator.

Als eine bevorzugte Lösung ist als Material des unteren Kopplungskristalls und des oberen Kopplungskristalls Rutil verwendet.As a preferred solution, rutile is used as the material of the lower coupling crystal and the upper coupling crystal.

Als eine bevorzugte Lösung fällt eine Ebene, auf der sich die untere Kopplungsfläche befindet, mit einer Ebene, auf der sich die obere Kopplungsfläche befindet, zusammen;
wobei zwischen dem Echowand-Mikroscheibenlaser und der unteren Kopplungsfläche ein Abstand von 100 nm vorliegt; zwischen dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator und der oberen Kopplungsfläche ein Abstand von 100 nm vorliegt.
As a preferred solution, a plane on which the lower coupling surface is located coincides with a plane on which the upper coupling surface is located;
wherein there is a spacing of 100 nm between the echo wall microdisc laser and the lower coupling surface; there is a distance of 100 nm between the echo wall microdisc optical parametric oscillator and the upper coupling surface.

Als eine bevorzugte Lösung umfasst der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser ferner ein Metallgehäuse, wobei im Innen des Metallgehäuses eine Wärmeisolationsplatte vorgesehen ist, das Metallgehäuse mit einer gasdichten Öffnung zum Füllen mit Stickstoff und einem Drahtloch zum Herausführen eines elektrischen Steuerdrahtes versehen ist.As a preferred solution, the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser further includes a metal case, inside the metal case is provided a heat insulating plate, the metal case is provided with a gas-tight opening for filling with nitrogen, and a wire hole for leading out an electric control wire.

In der praktischen Anwendung dient eine Laserquelle zum Erzeugen eines Einfrequenzlasers, wobei der Einfrequenzlaser durch die erste Linse gekoppelt und kollimiert und danach durch den unteren Kopplungskristall in den Echowand-Mikroscheibenlaser eingekoppelt wird, der Einfrequenzlaser nach einem Übergang zum oberen Energieniveau durch den Echowand-Mikroscheibenlaser Pumplicht bildet, wobei das Pumplicht durch den oberen Kopplungskristall in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator eingekoppelt wird, nach einer Resonanzverstärkung des Pumplichts im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator Signallicht in einem Nahinfrarotband und Leerlauffrequenzlicht in einem Mittelinfrarotband erzeugt werden, das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht nacheinander durch den oberen Kopplungskristall und die zweite Linse durchgehen und danach ausgegeben werden.In practical application, a laser source is used to generate a single-frequency laser, the single-frequency laser being coupled and collimated through the first lens and then coupled through the lower coupling crystal into the echo wall microdisk laser, the single-frequency laser pumping light through the echo wall microdisk laser after a transition to the upper energy level wherein the pump light is coupled into the echo wall microdisc optical parametric oscillator through the upper coupling crystal, after resonant amplification of the pump light in the echo wall microdisk optical parametric oscillator, signal light in a near infrared band and idle frequency light in a mid infrared band are generated, the signal light and the idle frequency light sequentially pass through the upper coupling crystal and the second lens, and then are output.

Im Vergleich zum Stand der Technik bestehen die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Anmeldung darin, dass die Masse und das Volumen des doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers erheblich verringert sind, indem der Echowand-Mikroscheibenlaser und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator als eine gestapelte Doppelmikroscheibenstruktur ausgestaltet sind und mittels eines Kopplers eine mehrfache Kopplung des Lasers ermöglicht wird, wodurch hohe Anforderungen des Lasers an Gewicht und Volumen erfüllt werden.Compared to the prior art, the advantageous effects of the present application are that the mass and volume of the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser are significantly reduced by using the echo wall microdisk laser and the echo wall microdisk optical parametric oscillator as one stacked double microdisk structure and multiple coupling of the laser is made possible by means of a coupler, whereby the high requirements of the laser in terms of weight and volume are met.

Figurenlistecharacter list

Zur Veranschaulichung des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Figuren verwiesen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht zur Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung sondern lediglich zur Veranschaulichung dargestellt sind. In Figuren steht ein und dasselbe Bezugszeichen für gleiche Komponente.

  • 1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer Doppelmikroscheibenstruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Kopplerstruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines linearen periodischen Musters eines Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines sektoralen periodischen Musters eines Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
  • 6 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in Draufsicht;
  • 7 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in Seitensicht;
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer Gehäusestruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung.
To illustrate the disclosure content of the present invention, reference is made to the accompanying figures. It should be noted that the figures are presented for illustrative purposes only, not to limit the scope of the present invention. In the figures, one and the same reference number stands for the same component.
  • 1 Fig. 12 is a schematic representation of the overall structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application;
  • 2 Figure 12 is a schematic representation of a double-microdisk structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared la sers according to an embodiment of the present application;
  • 3 Fig. 12 is a schematic representation of a coupler structure of a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application;
  • 4 Fig. 12 is a schematic representation of a linear periodic pattern of an echo wall microdisk optical parametric oscillator according to an embodiment of the present application;
  • 5 Fig. 12 is a schematic representation of a sectoral periodic pattern of an echo wall microdisk optical parametric oscillator according to an embodiment of the present application;
  • 6 Fig. 12 is a schematic representation of the structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application in plan view;
  • 7 Fig. 12 is a schematic representation of the structure of a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application in side view;
  • 8th 12 is a schematic representation of a package structure of a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application.

BezugszeichenlisteReference List

11
Laserquelle,laser source,
22
Koppler,coupler,
2121
erste Linse,first lens,
2222
unterer Koppelkristall,lower coupling crystal,
221221
Einfallsfläche,incident surface,
222222
untere Koppelfläche,lower coupling surface,
2323
oberer Koppelkristall,upper coupling crystal,
231231
obereKoppelfläche,upper coupling surface,
232232
Ausgangsfläche,exit surface,
233233
erste reflektierende Oberfläche,first reflective surface,
234234
zweite reflektierende Oberfläche,second reflective surface,
2424
zweite Linse,second lens,
33
Echowand-Mikroscheibenlaser,echo wall microdisc laser,
44
Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischer-Oszillator,echo wall microdisk optical parametric oscillator,
55
erste Heizplatte,first heating plate,
66
zweite Heizplatte,second heating plate,
77
dritte Heizplatte,third heating plate,
88th
vierte Heizplatte,fourth heating plate,
99
Metallgehäuse,metal case,
9191
gasdichte Öffnung,gas-tight opening,
9292
Drahtloch.wire hole.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION

Es ist verständlich, dass gemäß der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung ein allgemeiner Fachmann auf dem Gebiet ohne Veränderung des substanziellen Konzepts der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von einander wechselbaren Bauweisen und Durchführungsformen aufstellen kann. Daher sind die folgenden spezifischen Ausführungsformen und Figuren nur beispielhafte Darstellungen der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung und dürfen nicht als Definitionen bzw. Einschränkungen für die ganze vorliegende Erfindung bzw. für die technische Lösung der vorliegenden Erfindung angesehen werden.It is understood that according to the technical solution of the present invention, a person skilled in the art can make a variety of mutually interchangeable constructions and implementations without changing the substantive concept of the present invention. Therefore, the following specific embodiments and figures are only exemplary representations of the technical solution of the present invention and must not be regarded as definitions or limitations for the entire present invention or for the technical solution of the present invention.

Um die relativ hohen Anforderungen des Lasers an Gewicht und Volumen zu erfüllen, wird in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung ein doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser bereitgestellt. Wie in 1 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung; der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser umfasst eine Laserquelle 1, einen Koppler 2, einen Echowand-Mikroscheibenlaser 3 und einen Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4. Wie in 2 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung einer Doppelmikroscheibenstruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung; der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 sind gestapelt angeordnet, eine Doppelmikroscheibenstruktur wird gebildet. Der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 besteht aus einem mit Seltenerd-Ionen dotierten Kristall, z.B. Nd:YAG (Yttrium-Aluminium-Granat), Nd:YVO4 (Neodym-dotiertes Yttrium-Vanadat) oder dergleichen. Der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 weist eine Dicke von 0,5 mm und einen Durchmesser von 1 mm - 10 mm, vorzugsweise 3 mm, auf.In order to meet the relatively high weight and volume requirements of the laser, in one embodiment of the present application, a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser is provided. As in 1 shown, it is a schematic representation of the overall structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application; the dual microdisk-based miniature mid-infrared laser comprises a laser source 1, a coupler 2, an echo wall microdisk laser 3, and an echo wall microdisk optical parametric oscillator 4. As in 2 1 is a schematic representation of a double-microdisk structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application; the echo wall microdisk laser 3 and the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 are stacked, a double microdisk structure is formed. The echo wall microdisk laser 3 consists of a crystal doped with rare earth ions, for example Nd:YAG (yttrium aluminum garnet), Nd:YVO 4 (neodymium-doped yttrium vanadate) or the like. The echo wall microdisk laser 3 has a thickness of 0.5 mm and a diameter of 1 mm - 10 mm, preferably 3 mm.

Die Wellenlänge des Resonanzlichts des Echowand-Mikroscheibenlasers 3 beträgt 1000 nm bis 1500 nm, kann beispielsweise in der Praxis 1064 nm, 1342 nm oder dergleichen betragen. Als Material des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 ist ein ferroelektrischer Kristall verwendet, z.B. besteht aus Kristallen aus LiNbO3 (Lithiumniobat), LiTaO3 (Lithiumtantalat) oder KTP (Kaliumtitanylphosphat); periodische Domänenstrukturen werden mittels eines Polarisierungsverfahren für elektrisches Feld bei Raumtemperatur generiert, um eine potenzielle Phasenfehlanpassung im nichtlinearen Prozess zweiter Ordnung zu kompensieren. Dabei sind typische Polarisierungsmuster in 4 und 5 dargestellt. 4 ist eine schematische Darstellung eines linearen periodischen Musters eines Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung; 5 ist eine schematische Darstellung eines sektoralen periodischen Musters eines Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung; in 4 und 5 repräsentieren die schwarzen und weißen Teile Domänen in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen. Die Laserquelle 1 besteht aus einem verteilten Bragg-Reflexions-DBR- Halbleiterlaser von 808 nm und gibt Einfrequenzlaser mit einer Wellenlänge von 808nm aus.The wavelength of the resonance light of the echo wall microdisk laser 3 is 1000 nm to 1500 nm, for example, in practice 1064 nm, 1342 nm or the like. As a material of the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4, a ferroelectric crystal is used, for example, consists of crystals of LiNbO 3 (lithium niobate), LiTaO 3 (lithium tantalate), or KTP (potassium titanyl phosphate); Periodic domain structures are generated using a room-temperature electric field polarization method to compensate for a potential phase mismatch in the second-order nonlinear process. Typical polarization patterns are shown in 4 and 5 shown. 4 Fig. 12 is a schematic representation of a linear periodic pattern of an echo wall microdisk optical parametric oscillator according to an embodiment of the present application; 5 Fig. 12 is a schematic representation of a sectoral periodic pattern of an echo wall microdisk optical parametric oscillator according to an embodiment of the present application; in 4 and 5 the black and white parts represent domains in opposite directions of polarization. The laser source 1 consists of a distributed Bragg reflection DBR semiconductor laser of 808 nm and outputs single-frequency lasers with a wavelength of 808 nm.

Wie in 3 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung einer Kopplerstruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung; der Koppler 2 umfasst eine erste Linse 21, einen unteren Kopplungskristall 22, einen oberen Kopplungskristall 23 und eine zweite Linse 24; der untere Kopplungskristall 22 und der obere Kopplungskristall 23 sind gestapelt angeordnet.As in 3 1 is a schematic representation of a coupler structure of a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application; the coupler 2 comprises a first lens 21, a lower coupling crystal 22, an upper coupling crystal 23 and a second lens 24; the lower coupling crystal 22 and the upper coupling crystal 23 are stacked.

In der praktischen Anwendung wird aus dem Rutil der untere Kopplungskristall 22 und der obere Kopplungskristall 23 hergestellt; die erste Linse 21 ist zwischen der Laserquelle 1 und einer Einfallsfläche 221 des unteren Kopplungskristalls 22 vorgesehen, der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ist tangential zu einer unteren Kopplungsfläche 222 des unteren Kopplungskristalls 22, der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ist tangential zu einer oberen Kopplungsfläche 231 des oberen Kopplungskristalls 23, der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 ist tangiert zu einer oberen Kopplungsfläche 231 des oberen Kopplungskristalls 23, die zweite Linse 24 ist mit einer Ausgangsfläche 232 des oberen Kopplungskristalls 23 gekoppelt.In practical application, the lower coupling crystal 22 and the upper coupling crystal 23 are produced from the rutile; the first lens 21 is provided between the laser source 1 and an incident surface 221 of the lower coupling crystal 22, the echo wall microdisk laser 3 is tangential to a lower coupling surface 222 of the lower coupling crystal 22, the echo wall microdisk laser 3 is tangent to an upper coupling surface 231 of the upper coupling crystal 23, the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 is tangent to an upper coupling surface 231 of the upper coupling crystal 23, the second lens 24 is coupled to an output surface 232 of the upper coupling crystal 23.

Bei dem doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung ist in der praktischen Anwendung die Laserquelle 1 zum Erzeugen eines Einfrequenzlasers vorgesehen, wobei der Einfrequenzlaser durch die erste Linse 21 gekoppelt und kollimiert und danach durch den unteren Kopplungskristall 22 in den Echowand-Mikroscheibenlaser 3 eingekoppelt wird, der Einfrequenzlaser nach einem Übergang zum oberen Energieniveau durch den Echowand-Mikroscheibenlaser 3 Pumplicht bildet, wobei das Pumplicht durch den oberen Kopplungskristall 23 in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 eingekoppelt wird, nach einer Resonanzverstärkung des Pumplichts im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 Signallicht in einem Nahinfrarotband und Leerlauffrequenzlicht in einem Mittelinfrarotband erzeugt werden, wobei das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht nacheinander durch den oberen Kopplungskristall 23 und die zweite Linse 24 durchgehen und danach ausgegeben werden.In the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application, in practical application, the laser source 1 is provided for generating a single-frequency laser, the single-frequency laser being coupled and collimated through the first lens 21 and then through the lower coupling crystal 22 into the echo wall Microdisc laser 3 is coupled, the single-frequency laser forms pump light after a transition to the upper energy level through the echo wall microdisk laser 3, the pump light being coupled through the upper coupling crystal 23 into the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4, after resonance amplification of the pump light in the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4, signal light in a near-infrared band and idle frequency light in a mid-infrared band are generated, the signal light and idle frequency light successively passing through the upper coupling crystal 23 and the second lens 24 and then being output.

Die Masse und das Volumen des doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers sind erheblich verringert, indem der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 als eine gestapelte Doppelmikroscheibenstruktur ausgestaltet sind und mittels eines Kopplers 2 eine mehrfache Kopplung des Lasers ermöglicht wird, wodurch hohe Anforderungen des Lasers an Gewicht und Volumen erfüllt werden.The mass and volume of the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser are significantly reduced by designing the echo wall microdisk laser 3 and the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 as a stacked double-microdisk structure and using a coupler 2 multiple coupling of the laser is made possible, whereby the high requirements of the laser in terms of weight and volume are met.

Wie in 3 gezeigt, umfasst der obere Kopplungskristall 23 in einigen Ausführungsbespielen der vorliegenden Anmeldung ferner eine erste reflektierende Oberfläche 233 und eine zweite reflektierende Oberfläche 234; die erste reflektierende Oberfläche 233 und die zweite reflektierende Oberfläche 234 beide sind eine Bogenfläche; das Pumplicht wird nacheinander von der ersten reflektierenden Oberfläche 233 und der zweiten reflektierenden Oberfläche 234 reflektiert und in den oberen Kopplungskristall 23 fokussiert. Folgendermaßen wird durch spezifische Beispiele dargelegt. 6 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in Draufsicht; 7 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in Seitensicht.As in 3 As shown, in some embodiments of the present application, the top coupling crystal 23 further comprises a first reflective surface 233 and a second reflective surface 234; the first reflecting surface 233 and the second reflecting surface 234 are both an arc surface; the pumping light is sequentially reflected by the first reflecting surface 233 and the second reflecting surface 234 and focused into the upper coupling crystal 23 . The following is illustrated by specific examples. 6 Fig. 12 is a schematic representation of the structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application in plan view; 7 12 is a schematic representation of the structure of a dual-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application in side view.

Wie in 6 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung der Struktur der 1 in Draufsicht. Die Laserquelle 1 ist ein DBR-Laser mit einer Wellenlänge von 808 nm, einer Linienbreite von 10 MHz und einer durchschnittlichen Leistung von 100 mW. Der von der Laserquelle 1 ausgegebene Laser von 808 nm ist durch die erste Linse 21 kollimiert und danach ausgegeben, und in den unteren Kopplungskristall 22 eingetreten; der Abstand zwischen dem Echowand-Mikroscheibenlaser 3 und der unteren Kopplungsfläche 222 beträgt 100 nm; der Abstand zwischen dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 und der oberen Kopplungsfläche 231 beträgt 100 nm; der Laser von 808 nm bildet an der Grenzfläche zwischen der unteren Kopplungsfläche 222 und dem Echowand-Mikroscheibenlaser 3 eine aperiodisch abklingende Welle (evanescent wave), tritt in den Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ein und breitet sich entlang der äußeren ringförmigen Seitenwand des Echowand-Mikroscheibenlasers 3 aus. Nachdem der Nd:YVO4-Kristall den Laser von 808 nm absorbiert hat, wird durch einen Übergang zum oberen Energieniveau der Laser von 1064 nm erzeugt; im Echowand-Mikroscheibenlaser 3 wird das resonanzverstärkte Pumplicht gebildet und tritt durch die Kopplungsebene aus; das Pumplicht tritt in die obere Kopplungsfläche 231 ein und wird nacheinander von der ersten reflektierenden Oberfläche 233 und der zweiten reflektierenden Oberfläche 234 reflektiert und fokussiert, und tritt dann durch die obere Kopplungsfläche 231 in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 ein und breitet sich entlang der Außenseite des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 aus; eine Resonanzverstärkung wird für den Laser von 1064 nm im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 durchgeführt; wenn die Intensität einen Schwellenwert überschreitet, werden ein Laser von 1548,6 nm (Signallicht) und ein Laser von 3400 nm (Leerlauffrequenzlicht), für die eine parametrische Abwärtsumwandlung vorgenommen wurde, erzeugt. Das erzeugte Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht werden in dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 resonanzverstärkt, und der erzeugte Laser von 1548,6 nm und der Laser von 3400 nm werden nacheinander durch die obere Kopplungsfläche 231, die Ausgangsfläche 232 und die zweite Linse 24 ausgegeben.As in 6 shown, it is a schematic representation of the structure of the 1 in top view. The laser source 1 is a DBR laser with a wavelength of 808 nm, a line width of 10 MHz and an average power of 100 mW. The 808 nm laser output from the laser source 1 is collimated by the first lens 21 and then output, and entered the lower coupling crystal 22; the distance between the echo wall microdisk laser 3 and the lower one coupling surface 222 is 100 nm; the distance between the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4 and the upper coupling surface 231 is 100 nm; the 808 nm laser forms an evanescent wave at the interface between the lower coupling surface 222 and the echo wall microdisk laser 3, enters the echo wall microdisk laser 3, and propagates along the outer annular side wall of the echo wall microdisk laser 3 out of. After the Nd:YVO 4 crystal has absorbed the 808 nm laser, a transition to the upper energy level produces the 1064 nm laser; the resonance amplified pump light is formed in the echo wall microdisk laser 3 and exits through the coupling plane; the pumping light enters the upper coupling surface 231 and is sequentially reflected and focused by the first reflecting surface 233 and the second reflecting surface 234, and then enters the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 through the upper coupling surface 231 and propagates along the outside of the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4; resonance amplification is performed for the 1064 nm laser in the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4; when the intensity exceeds a threshold, a 1548.6 nm laser (signal light) and a 3400 nm laser (idle frequency light) which have been parametric down-converted are generated. The generated signal light and the idle frequency light are resonant amplified in the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4, and the generated laser of 1548.6 nm and the laser of 3400 nm are successively transmitted through the upper coupling surface 231, the output surface 232 and the second Lens 24 output.

Der nichtlineare Prozess zweiter Ordnung in dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 läuft derartig, dass ein Photon von 1064 nm durch einen nichtlinearen Prozess zweiter Ordnung in ein Photon von 1548,6 nm und ein Photon von 3400 nm umgewandelt wird, und gemäß der Phasen-Anpassungsgleichung der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 bei 27 °C eine Polarisationsperiode von 30,6 µm aufweist. Die obige Periode wird mittels einer Polarisierung des elektrischen Feldes bei Raumtemperatur gemäß dem Muster in 5 erstellt.The second-order nonlinear process in the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4 runs such that a 1064 nm photon is converted into a 1548.6 nm photon and a 3400 nm photon by a second-order nonlinear process, and according to the phase matching equation, the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 has a polarization period of 30.6 μm at 27° C. The above period is calculated by polarizing the electric field at room temperature according to the pattern in 5 created.

Als Beispiel wird 6 genannt. Im Echowand-Mikroscheibenlaser 3 rotiert der Laser von 808 nm gegen den Uhrzeigersinn, während der erzeugte Laser von 1064 nm sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn verteilt ist. Der im Uhrzeigersinn rotierende Laser von 1064 nm tritt durch die untere Kopplungsfläche 222 in den unteren Kopplungskristall 22 ein, und kehrt den gleichen Weg zurück und tritt wieder in den Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ein, dann erfolgt eine Umwandlung in eine Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn. Nach mehrmaliger Wiederholung des obigen Vorgangs wird wegen des Verstärkungskonkurrenz-Effekts des Lasers der gegen den Uhrzeigersinn rotierende Laser von 1064 nm immer stärker und der im Uhrzeigersinn rotierende Laser von 1064 nm immer schwächer, wodurch schließlich ein Effekt von einer unidirektionalen Übertragung und einer unidirektionalen Ausgabe des Lasers von 1064nm im Mikroscheibenlaser ermöglicht wird. Im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 wegen des nichtlinearen Effekts ist die Richtung des erzeugten Signallichts und des Leerlauffrequenzlichts gleich der Richtung des Pumplasers (1064 nm), daher besteht nur der gegen den Uhrzeigersinn übertragene Laser.As an example will 6 called. In the echo wall microdisk laser 3, the 808 nm laser rotates counter-clockwise, while the generated 1064 nm laser is distributed in both clockwise and counter-clockwise directions. The clockwise rotating laser of 1064 nm enters the lower coupling crystal 22 through the lower coupling surface 222, and returns the same way and re-enters the echo wall microdisk laser 3, then converts to counterclockwise rotation. After repeating the above operation several times, because of the gain competition effect of the laser, the counterclockwise rotating 1064nm laser becomes stronger and the clockwise rotating 1064nm laser becomes weaker, finally producing an effect of unidirectional transmission and unidirectional output of the laser Lasers of 1064nm in the micro disk laser is made possible. In the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4, because of the non-linear effect, the direction of the generated signal light and the idle frequency light is the same as the direction of the pump laser (1064 nm), so there is only the counterclockwise transmitted laser.

Des Weiteren muss die Wellenlänge des Pumplasers, der von dem Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ausgegeben wird, mit dem longitudinalen Modus des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 übereinstimmen, erst dann wird ein maximaler Kopplungseffekt erzielt. Um diesen Zweck zu erreichen, weisen in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung sowohl der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 als auch der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 eine Temperatursteuerungsvorrichtung auf. Wie in 7 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung der Struktur in Seitensicht, der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser umfasst ferner eine erste Heizplatte 5 und eine zweite Heizplatte 6, die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheibenlasers 3 vorgesehen sind, und eine dritte Heizplatte 7 und eine vierte Heizplatte 8, die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 vorgesehen sind. Durch Steuerung der Temperatur des Echowand-Mikroscheibenlasers 3 und des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 wird sichergestellt, dass die Wellenlänge des Pumplasers mit dem longitudinalen Modus des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 übereinstimmt.Furthermore, the wavelength of the pump laser output from the echo wall microdisk laser 3 must match the longitudinal mode of the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4, only then a maximum coupling effect is achieved. In order to achieve this purpose, in an embodiment of the present application, both the echo wall microdisk laser 3 and the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 have a temperature control device. As in 7 1, it is a schematic representation of the structure in side view, the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser further comprises a first heating plate 5 and a second heating plate 6, each provided on two sides of the echo wall microdisk laser 3, and a third heating plate 7 and a fourth heating plate 8 provided on two sides of the echo wall microdisc optical parametric oscillator 4, respectively. Controlling the temperature of the echo wall microdisk laser 3 and the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 ensures that the wavelength of the pump laser matches the longitudinal mode of the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 .

Die erste Heizplatte 5, die zweite Heizplatte 6, die dritte Heizplatte 7 und die vierte Heizplatte 8 werden intern jeweils aus einem elektrischen Heizdraht und einem Temperatursensor (z.B. PT1000) zusammengesetzt. Durch Steuerung der ersten Heizplatte 5 und der zweiten Heizplatte 6 wird die Temperatur des Echowand-Mikroscheibenlasers 3 gesteuert, und durch Steuerung der dritten Heizplatte 7 und der vierten Heizplatte 8 wird die Temperatur des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 gesteuert, so dass die Wellenlänge des vom Echowand-Mikroscheibenlaser 3 ausgegebenen Lasers von 1064 nm auf die Resonanzwellenlänge des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators 4 ausgerichtet werden kann, und so dass das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht in dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator 4 eine Doppelresonanz durchführen können.The first heating plate 5, the second heating plate 6, the third heating plate 7 and the fourth heating plate 8 are each internally composed of an electric heating wire and a temperature sensor (eg PT1000). By controlling the first heating plate 5 and the second heating plate 6, the temperature of the echo wall microdisk laser 3 is controlled, and by controlling the third heating plate 7 and the fourth heating plate 8, the temperature of the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 is controlled, so that the wavelength of the 1064 nm laser output from the echo wall microdisk laser 3 can be aligned with the resonance wavelength of the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4, and so that the signal light and the idle frequency light in the echo wall microdisk optical parametric oscillator 4 can perform a double resonance.

Wie in 8 gezeigt, geht es um eine schematische Darstellung einer Gehäusestruktur eines doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung. Der doppelmikroscheibe-basierte Miniatur-Mittelinfrarotlaser umfasst ferner ein Metallgehäuse 9, wobei im Innen des Metallgehäuses 9 eine Wärmeisolationsplatte vorgesehen ist, das Metallgehäuse 9 als eine abgedichtete Struktur ausgestaltet ist und mit einer gasdichten Öffnung 91 zum Füllen mit Stickstoff und einem Drahtloch 92 zum Herausführen eines elektrischen Steuerdrahtes versehen ist, die gasdichte Öffnung 91 wiederholt gedreht zu öffnen und abzudichten ist.As in 8th shown, it is a schematic representation of a housing structure of a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser according to an embodiment of the present application. The double-microdisk-based miniature mid-infrared laser further comprises a metal case 9, inside of the metal case 9 a heat insulating plate is provided, the metal case 9 is designed as a sealed structure and provided with a gas tight opening 91 for filling with nitrogen and a wire hole 92 for leading out a electric control wire is provided, the gas-tight opening 91 is rotated repeatedly to open and seal.

Zusammenfassend offenbart die vorliegende Anmeldung einen doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlaser, dessen vorteilhafte Wirkung umfasst, dass die Masse und das Volumen des doppelmikroscheibe-basierten Miniatur-Mittelinfrarotlasers erheblich verringert sind, indem der Echowand-Mikroscheibenlaser 3 und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator 4 als eine gestapelte Doppelmikroscheibenstruktur ausgestaltet sind und mittels eines Kopplers 2 eine mehrfache Kopplung des Lasers ermöglicht wird. Somit wird das Problem gelöst, dass ein Laser wegen seiner komplexen Gesamtstruktur und seines großen Volumens sowie seines hohen Gewichts schwer in Bereichen mit hohen Anforderungen an Gewicht und Volumen eingesetzt werden kann, somit hohe Anforderungen des Lasers an Gewicht und Volumen erfüllt werden.In summary, the present application discloses a double-microdisk-based miniature mid-infrared laser, the advantageous effect of which includes that the mass and volume of the double-microdisk-based miniature mid-infrared laser are significantly reduced by using the echo wall microdisk laser 3 and the echo wall microdisk optical parametric -Oscillator 4 are designed as a stacked double microdisk structure and multiple coupling of the laser is made possible by means of a coupler 2 . Thus, the problem is solved that a laser is difficult to be used in areas with high weight and volume requirements because of its complex overall structure and large volume and weight, thus satisfying high weight and volume requirements of the laser.

Der technische Umfang der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf den oben beschriebenen Inhalt beschränkt, der Fachmann auf dem Gebiet kann ohne Abweichung von dem technischen Konzept der vorliegenden Erfindung verschiedene Variationen und Modifikationen für die obigen Ausführungsbeispiele vornehmen, und alle diesen Variationen und Modifikationen fallen unter dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.The technical scope of the present application is not limited to the content described above, those skilled in the art can make various variations and modifications to the above embodiments without departing from the technical concept of the present invention, and all such variations and modifications fall under the scope of protection of the present invention.

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  • CN 106992426 B [0004]CN 106992426B [0004]

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doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser, umfassend eine Laserquelle (1), einen Koppler (2), einen Echowand-Mikroscheibenlaser (3) und einen Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator (4); wobei der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) und der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) gestapelt angeordnet sind; wobei der Koppler (2) eine erste Linse (21), einen unteren Kopplungskristall (22), einen oberen Kopplungskristall (23) und eine zweite Linse (24) umfasst, und wobei der untere Kopplungskristall (22) und der obere Kopplungskristall (23) gestapelt angeordnet sind; wobei die erste Linse (21) zwischen der Laserquelle (1) und einer Einfallsfläche (221) des unteren Kopplungskristalls (22) angeordnet ist, wobei der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) tangential zu einer unteren Kopplungsfläche (222) des unteren Kopplungskristalls (22) ist und der Echowand-Mikroscheibenlaser (3) tangential zu einer oberen Kopplungsfläche (231) des oberen Kopplungskristalls (23) ist, der Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) tangiert zu einer oberen Kopplungsfläche (231) des oberen Kopplungskristalls (23) ist, die zweite Linse (24) mit einer Ausgangsfläche (232) des oberen Kopplungskristalls (23) gekoppelt ist; wobei die Laserquelle (1) zum Erzeugen eines Einfrequenzlasers vorgesehen ist, der durch die erste Linse (21) gekoppelt und kollimiert und danach durch den unteren Kopplungskristall (22) in den Echowand-Mikroscheibenlaser (3) eingekoppelt wird, wobei der Einfrequenzlaser nach einem Übergang zum oberen Energieniveau durch den Echowand-Mikroscheibenlaser (3) Pumplicht bildet, das durch den oberen Kopplungskristall (23) in den Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrische-Oszillator (4) eingekoppelt wird, wobei nach einer Resonanzverstärkung des Pumplichts im Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator (4) Signallicht in einem Nahinfrarotband und Leerlauffrequenzlicht in einem Mittelinfrarotband erzeugt werden, wobei das Signallicht und das Leerlauffrequenzlicht nacheinander durch den oberen Kopplungskristall (23) und die zweite Linse (24) durchgehen und danach ausgegeben werden.A double microdisk-based miniature mid-infrared laser comprising a laser source (1), a coupler (2), an echo wall microdisk laser (3), and an echo wall microdisk optical parametric oscillator (4); wherein the echo wall microdisk laser (3) and the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4) are stacked; wherein the coupler (2) comprises a first lens (21), a lower coupling crystal (22), an upper coupling crystal (23) and a second lens (24), and wherein the lower coupling crystal (22) and the upper coupling crystal (23) are stacked; the first lens (21) being positioned between the laser source (1) and an incident surface (221) of the lower coupling crystal (22), the echo wall microdisk laser (3) being tangential to a lower coupling surface (222) of the lower coupling crystal (22) and the echo wall microdisk laser (3) is tangent to a top coupling surface (231) of the top coupling crystal (23), the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4) is tangent to a top coupling surface (231) of the top coupling crystal ( 23), the second lens (24) is coupled to an output face (232) of the upper coupling crystal (23); the laser source (1) being arranged to produce a single frequency laser which is coupled and collimated by the first lens (21) and thereafter coupled through the lower coupling crystal (22) into the echo wall microdisk laser (3), the single frequency laser after a transition to the upper energy level by the echo wall microdisc laser (3) forms pump light, which is coupled through the upper coupling crystal (23) into the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4), wherein after resonance amplification of the pump light in the echo wall microdisk Optical parametric oscillator (4) signal light in a near-infrared band and idle frequency light in a mid-infrared band are generated, the signal light and idle frequency light sequentially passing through the upper coupling crystal (23) and the second lens (24) and then being output. doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kopplungskristall (23) ferner eine erste reflektierende Oberfläche (233) und eine zweite reflektierende Oberfläche (234) umfasst; die beide eine Bogenfläche sind; und wobei das Pumplicht nacheinander von der ersten reflektierenden Oberfläche (233) und der zweiten reflektierenden Oberfläche (234) reflektiert und in den oberen Kopplungskristall (23) fokussiert wird.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that the upper coupling crystal (23) further comprises a first reflective surface (233) and a second reflective surface (234); both of which are an arc surface; and wherein the pumping light is sequentially reflected from the first reflecting surface (233) and the second reflecting surface (234) and focused into the upper coupling crystal (23). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend eine erste Heizplatte (5) und eine zweite Heizplatte (6), die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheibenlasers (3) vorgesehen sind.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that it further comprises a first heating plate (5) and a second heating plate (6) each provided on two sides of the echo wall microdisk laser (3). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend eine dritte Heizplatte (7) und eine vierte Heizplatte (8), die jeweils auf zwei Seiten des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators (4) vorgesehen sind.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that it further comprises a third heating plate (7) and a fourth heating plate (8) each provided on two sides of the echo wall microdisc optical parametric oscillator (4). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material des Echowand-Mikroscheibenlasers (3) ein Neodym-dotierter Yttrium-Vanadat-Kristall mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 1 mm-10 mm verwendet ist.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that a neodymium-doped yttrium vanadate crystal with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 1 mm-10 mm is used as the material of the echo wall microdisk laser (3). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material des Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillators (4) ein ferroelektrischer Kristall verwendet ist.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that a ferroelectric crystal is used as the material of the echo wall microdisk optical parametric oscillator (4). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material des unteren Kopplungskristalls (22) und des oberen Kopplungskristalls (23) Rutil verwendet ist.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that rutile is used as the material of the lower coupling crystal (22) and the upper coupling crystal (23). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ebene, auf der sich die untere Kopplungsfläche (222) befindet, mit einer Ebene, auf der sich die obere Kopplungsfläche (231) befindet, zusammenfällt; und dass zwischen dem Echowand-Mikroscheibenlaser (3) und der unteren Kopplungsfläche (222) ein Abstand von 100 nm vorliegt; wobei zwischen dem Echowand-Mikroscheiben-Optisch-Parametrischen-Oszillator (4) und der oberen Kopplungsfläche (231) ein Abstand von 100 nm vorliegt.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that a plane on which the lower coupling surface (222) is located coincides with a plane on which the upper coupling surface (231) is located; and that there is a distance of 100 nm between the echo wall microdisk laser (3) and the lower coupling surface (222); there being a distance of 100 nm between the echo wall microdisc optical parametric oscillator (4) and the upper coupling surface (231). doppelmikroscheibe-basierter Miniatur-Mittelinfrarotlaser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend ein Metallgehäuse (9), wobei im Innen des Metallgehäuses (9) eine Wärmeisolationsplatte vorgesehen ist, und wobei das Metallgehäuse (9) mit einer gasdichten Öffnung (91) zum Füllen mit Stickstoff und einem Drahtloch (92) zum Herausführen eines elektrischen Steuerdrahtes versehen ist.double-microdisk-based miniature mid-infrared laser after the claim 1 , characterized in that it further comprises a metal case (9), a heat insulating plate being provided inside the metal case (9), and the metal case (9) having a gas-tight opening (91) for filling with nitrogen and a wire hole (92) for Bringing out an electrical control wire is provided.
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