TWI384709B - 雷射整形模組 - Google Patents

Description

雷射整形模組

本發明係為一種雷射整形模組，尤其是有關於一種利用佈有特殊圖案之光學薄膜來控制輸出雷射模態分布之雷射整形模組。

雷射元件於市場上之分類為二極體雷射(Diode Laser)市場及非二極體雷射(Nondiode Laser)市場兩類，二極體雷射市場主要以光通訊與光儲存為主，非二極體雷射市場其應用範圍包含材料加工、醫學治療等。於2006年1月出刊的雷射焦點雜誌(Laser Focus World)中指出，全球雷射市場於2005年營收達55億美元。因光通訊產業興起使得二極體雷射領先非二極體雷射市場。但非二極體雷射於各產業的基礎研究與應用有不可取代之地位，尤其2005年的營收達到22.6億美元。

一般雷射光束整型方式為利用一商品化之雷射源，例如釹石榴石雷射(Nd：YAG)、二氧化碳(CO₂ )雷射、準分子(Excimer)雷射、半導體雷射或光纖雷射等。為因應不同種類的雷射光源與不同的輸出光型，常會在雷射輸出光源端加上一光學系統元件，例如折射式、反射式、繞射式或均質器(homogenizer)等。為達到雷射光束整形之目的，上述之雷射在設計上也必需具備適當的改變。雷射光源每經過一個元學元件都會有部份的光損失或是像差(aberration)。此種分散光束類型方式除了造成光能量率的下降，也因為多了一些光學元件，也會增加整體架構的體積。

於美國專利USP6771683中，增益介質為一惰性氣體原子(Ar、Kr及Xe等)，另一個為化學性活潑的鹵元素(Cl、F及Br等)結合，為了提高放電的穩定性，必需採用電子束控制放電幫浦系統，其幫浦系統難以在大面積增益介質管內均勻放電、結構複雜及成本高等缺點；此外，該專利案係使用雙棱鏡腔內倍頻光學元件，雖可整形雷射輸出光源，實際在應用上體積過於龐大，不易施行。

緣此，本案之發明人係研究出一種雷射整形模組，其係可改善習知技術中之光效率利用不佳與光路體積龐大之缺點。

本發明之主要目的係為提供一種雷射整形模組，其係利用雷射薄膜之特殊幾何結構，造成空間模態的產生，進而達成控制雷射模態輸出之目的。

為達上述目的，本發明係提供一種雷射整形模組，係接收由一幫浦光源所發出之幫浦光，包含：一第一反射鏡與相對之一第二反射鏡，係作為共振腔反射之用；以及一增益介質，係設於該第一反射鏡與第二反射鏡之間以吸收該幫浦光並將其轉換成增益光；其中，該第一反射鏡、第二反射鏡與增益介質中之一者上更設有一複合光學薄膜，該複合光學薄膜係為將一第一光學薄膜貼合具有矩形陣列圖案之第二光學薄膜而形成。

為使 貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如後。

圖一係為本發明雷射整形模組之示意圖，本發明之雷射整形模組1係包含：一反射鏡12、一增益介質14以及另一反射鏡16；該雷射整形模組1係接收由一幫浦光源10所發出之幫浦光100；該反射鏡12與反射鏡16係彼此相對設置以作為共振腔反射之用；該增益介質14係設於該第一反射鏡12與第二反射鏡16間以吸收該幫浦光100並將其轉換成增益光140；於圖一中，該反射鏡16係於面對增益介質14之側設有一複合光學薄膜18，該複合光學薄膜18係為於一光學薄膜18’上貼合具有矩形陣列圖案之另一光學薄膜180而形成(如圖二A與圖二B所示)；在此種配置下，幫浦光源之運用上係採用末端幫浦方式，其幫浦光源為一高功率半導體雷射，當光源耦合至增益介質內部時會激發增益介質並在腔內形成穩定震盪，再配合佈有矩形陣列圖案之複合光學薄膜，如此便可使射出之雷射光均勻輸出。

《第一實施例》

請參照圖三A，於本發明之第一實施例中，該反射鏡12與反射鏡16係彼此相對設置以作為共振腔反射之用；該增益介質14係設於該反射鏡12與反射鏡16間以吸收幫浦光並將其轉換成增益光，該反射鏡16係於面對增益介質14之側設有一複合光學薄膜18，該複合光學薄膜18係類似圖二A與圖二B般由一光學薄膜貼合另一佈有矩形陣列圖案之光學薄膜而形成(圖中未示出)。

於圖三B中，該反射鏡12、該增益介質14、該反射鏡16與該複合光學薄膜18之配置係類似圖三A，所不同的是，該反射鏡12係與該增益介質14貼合。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之穿透率係大於98%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之反射率係大於95%。

《第二實施例》

再請參照圖四A，於本發明之第二實施例中，於圖四A中，該反射鏡12、該增益介質14與該反射鏡16之配置係類似圖三A，所不同的是，該複合光學薄膜18係位於該增益介質14與該反射鏡16之間且設置於該增益介質14之上。

圖四B則為圖四A之一變化例，該反射鏡12、該增益介質14與該反射鏡16之配置係類似圖四A，所不同的是，該複合光學薄膜18係位於該增益介質14與該反射鏡12之間且設置於該增益介質14之上。

於圖四C中，該反射鏡12、該增益介質14、該反射鏡16與該複合光學薄膜18之配置係類似圖四A，所不同的是，該反射鏡12係與該增益介質14貼合。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之反射率係大於70%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之穿透率係大於99%。

《第三實施例》

圖五A及圖五B係為本發明之第三實施例中，於圖五A中，該反射鏡12、該增益介質14與該反射鏡16之配置係類似圖三A，所不同的是，該複合光學薄膜18係位於該增益介質14與該反射鏡12之間且設置於反射鏡12之上。

圖五B則為圖五A之一變化例，於圖五B中係省略該反射鏡12，而將該複合光學薄膜18鍍於該增益介質14相對於該反射鏡16之另一面。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之穿透率係大於98%且對於幫浦光之穿透率係大於99%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之反射率係大於99%且對於幫浦光之穿透率係大於99%。

《第四實施例》

圖六A及圖六B係為本發明之第四實施例，於圖六A中，該反射鏡12、該增益介質14與該反射鏡16之作用及配置係類似圖三A，故於此不再贅述。不同於圖三A的是，於本實施例中該增益介質14與該反射鏡16之間設有一波長轉換晶體20，該波長轉換晶體20係設於反射鏡16與增益介質14之間以將吸收之光轉換為倍頻光。

於圖六B中，該反射鏡12、該增益介質14、該反射鏡16與該複合光學薄膜18之配置係類似圖六A，所不同的是，反射鏡12係與該增益介質14貼合。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之穿透率係大於98%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之反射率係大於95%而對於倍頻光之穿透率係大於99%。

《第五實施例》

圖七A、圖七B、圖七C、圖七D、圖七E、圖七F與圖七G係為本發明之第五實施例，其中該反射鏡12、該增益介質14、該波長轉換晶體20與該反射鏡16係依序配置。

該等圖式間之差異處在於，於圖七A中，該複合光學薄膜18係位於該反射鏡16與該波長轉換晶體20之間且設置於該波長轉換晶體20之上；於圖七B中，該複合光學薄膜18係位於該波長轉換晶體20與該增益介質14之間且設置於該波長轉換晶體20之上；於圖七C中，該複合光學薄膜18係位於該波長轉換晶體20與該增益介質14之間且設置於該增益介質14之上；於圖七D中，該複合光學薄膜18係位於該增益介質14與該反射鏡12之間且設置於該增益介質14之上；圖七E之元件配置係與圖七A同，所差異之處在於該反射鏡12更與該增益介質14貼合；圖七F之元件配置係與圖七B同，所差異之處在於該反射鏡12更與該增益介質14貼合；圖七G之元件配置係與圖七C同，所差異之處在於該反射鏡12更與該增益介質14貼合。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之反射率係大於70%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之穿透率係大於99%而對於倍頻光之穿透率亦大於99%。

《第六實施例》

圖八A與圖八B係為本發明之第六實施例。

如圖八A所示，該反射鏡12、該增益介質14、該波長轉換晶體20與該反射鏡16係依序配置，該複合光學薄膜18係位於該增益介質14與該反射鏡12之間且設置於該反射鏡12之上。

而圖八B則為圖八A之一變化例，於圖八B中係省略該反射鏡12而將該複合光學薄膜18鍍於該增益介質14相對於該波長轉換晶體20之另一面。

於此實施例中，該未貼有另一光學薄膜之光學薄膜(即圖二A中之光學薄膜18’)對於增益光之穿透率係大於98%且對於幫浦光之穿透率係大於99%，而貼有另一光學薄膜之區域(即圖二A中之光學薄膜18’＋光學薄膜180)對於增益光之反射率係大於99%、對於幫浦光之穿透率係大於99%且對於倍頻光之反射率係大於99%。

而於本發明中，該光學薄膜180之圖案係為矩形陣列，如圖九A所示，其中單一矩形之邊長較佳係在0.05~0.5毫米之範圍內。當然，該複合光學薄膜180上之圖案亦可為單列排列方式之矩形陣列，意即為長條狀陣列，如圖九B所示，而每一列之間的間距較佳係在0.01~0.5毫米之範圍內。

此外，於本發明中，該波長轉換晶體係可為雙折射晶體或週期性極化鈮酸鋰晶體；同時，該波長轉換晶體係可為二倍頻、三倍頻或高階倍頻。

唯以上所述者，僅為本發明之最佳實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1．．．雷射整形模組

10．．．幫浦光源

100．．．幫浦光

12．．．反射鏡

14．．．增益介質

140．．．增益光

16．．．反射鏡

18．．．複合光學薄膜

18’．．．光學薄膜

180．．．光學薄膜

圖一係為本發明雷射整形模組之示意圖；圖二A係為用於本發明雷射整形模組之光學薄膜之示意圖；圖二B係為用於本發明雷射整形模組之光學薄膜之示意圖；圖三A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖三B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖四A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖四B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖四C係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖五A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖五B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖六A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖六B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七C係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七D係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七E係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七F係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖七G係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖八A係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖八B係為本發明雷射整形模組之一實施例；圖九A係為用於本發明雷射整形模組之光學薄膜圖案之示意圖；以及圖九B係為用於本發明雷射整形模組之光學薄膜圖案之示意圖，其係顯示另一實施例。

1．．．雷射整形模組

10．．．幫浦光源

100．．．幫浦光

12．．．反射鏡

14．．．增益介質

140．．．增益光

16．．．反射鏡

18．．．複合光學薄膜

Claims (10)

1. 一種雷射整形模組，係接收由一幫浦光源所發出之幫浦光，包含：一第一反射鏡與相對之一第二反射鏡，係作為共振腔反射之用；以及一增益介質，係設於該第一反射鏡與第二反射鏡之間以吸收該幫浦光並將其轉換成增益光；其中，該第一反射鏡、第二反射鏡與增益介質中之一者上更設有一複合光學薄膜，該複合光學薄膜係為將一第一光學薄膜貼合具有矩形陣列圖案之第二光學薄膜而形成；其中，該第一光學薄膜對於增益光之反射率係大於70%，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於增益光之穿透率係大於99%。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射整形模組，其中該第一反射鏡與增益介質間更設有一波長轉換晶體，該波長轉換晶體係將吸收之光轉換為倍頻光，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於倍頻光之穿透率係大於99%。
3. 如申請專利範圍第1項之雷射整形模組，其中該第二反射鏡係與該增益介質相接觸。
4. 如申請專利範圍第3項之雷射整形模組，其中該第一反射鏡與增益介質間更設有一波長轉換晶體，該波長轉換晶體係將吸收之光轉換為倍頻光，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於倍頻光之穿透率係大於99%。
5. 一種雷射整形模組，係接收由一幫浦光源所發出之幫浦光，包含：一第一反射鏡與相對之一第二反射鏡，係作為共振腔反射之用；一增益介質，係設於該第一反射鏡與第二反射鏡之間以吸收該幫浦光並將其轉換成增益光；以及一波長轉換晶體，係設於該第一反射鏡與增益介質之間以將吸收之光轉換為倍頻光；其中，該波長轉換晶體上更設有一複合光學薄膜，該複合光學薄膜係為將一第一光學薄膜貼合具有矩形陣列圖案之第二光學薄膜而形成；其中，該第一光學薄膜對於增益光之反射率係大於70%，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於增益光之穿透率係大於99%。
6. 一種雷射整形模組，係接收由一幫浦光源所發出之幫浦光，包含一反射鏡與一增益介質，該增益介質係吸收該幫浦光並將其轉換成增益光；其中，該增益介質於接收幫浦光之一面上係設有一複合光學薄膜，該複合光學薄膜係為將一第一光學薄膜貼合具有矩形陣列圖案之第二光學薄膜而形成；其中，該第一光學薄膜對於增益光之反射率係大於70%，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於增益光之穿透率係大於99%。
7. 一種雷射整形模組，係接收由一幫浦光源所發出之幫浦光，包含：一第一反射鏡與相對之一第二反射鏡，係作為共振腔反射之用；以及 一增益介質，係設於該第一反射鏡與第二反射鏡之間以吸收該幫浦光並將其轉換成增益光；其中，該第二反射鏡與增益介質之間之第二反射鏡上更設有一複合光學薄膜，該複合光學薄膜係為將一第一光學薄膜貼合具有矩形陣列圖案之第二光學薄膜而形成；其中，該第一光學薄膜對於增益光之反射率係大於70%，且該第一光學薄膜與第二光學薄膜貼合之區域對於增益光之穿透率係大於99%。
8. 如申請專利範圍第1、5、6或7項之雷射整形模組，其中矩形之邊長係在0.05~0.5毫米之範圍內。
9. 如申請專利範圍第1、5、6或7項之雷射整形模組，其中該矩形陣列係為單列排列方式。
10. 如申請專利範圍第9項之雷射整形模組，其中列與列之間距係在0.01~0.5毫米之範圍內。