[發(fā)明專(zhuān)利]一種自倍頻激光器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110165510.0
• 申請(qǐng)日: 2011-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102280808A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱港;韓學(xué)坤;張百濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/13
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/13
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全固態(tài)激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用體光柵外腔技術(shù)壓窄半導(dǎo)體激光器(Laser-diode，LD)輸出譜寬、鎖定輸出波長(zhǎng)的高效、穩(wěn)定的自倍頻激光器。

背景技術(shù)

目前，獲得可見(jiàn)光激光的主要方法是利用KTP等非線(xiàn)性光學(xué)晶體，對(duì)摻Nd³⁺離子激光晶體產(chǎn)生的0.9μm、1.06μm和1.3μm波段激光倍頻。通過(guò)將Nd:YVO₄晶體和KTP晶體利用光膠結(jié)合到一起，并在晶體表面和膠合面鍍膜，使之形成激光振蕩，獲得高效率的綠光輸出，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化。但是晶體膠合技術(shù)一直限制了激光器的成本和工藝的簡(jiǎn)化，并且包含激光工作物質(zhì)和倍頻材料兩種晶體的激光器使得機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。最理想的獲得可見(jiàn)光激光輸出的方式是將激光振蕩和倍頻作用兩種技術(shù)集中在同一塊晶體上，獲得自倍頻激光。自倍頻激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。多年來(lái)，人們一直在探索自倍頻晶體，先后發(fā)明了Nd:MgO:LiNbO₃、NYAB(NdYAl₃(BO₃)₄)、Nd:YCOB(Nd:YCa₄O(BO₃)₃)和Nd:GdCOB(Nd:GdCa₄O(BO₃)₃)等自倍頻晶體并實(shí)現(xiàn)了自倍頻綠光輸出。但是一般的自倍頻激光晶體吸收帶寬較窄且比較銳，吸收效率較低。半導(dǎo)體激光器(Laser-diode，LD)以其體積小、功率高、價(jià)格便宜等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于固體激光器的泵浦。但是，由于寬條形半導(dǎo)體激光器的能帶發(fā)光、多模激射特征和能帶寬度對(duì)溫度的敏感特性，LD在自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出光束的光譜寬度約為2～4nm，中心波長(zhǎng)隨溫度(大約0.3nm/K)和注入電流的大小發(fā)生變化。這些問(wèn)題都難以在常規(guī)的法布里-珀羅(F-P)腔結(jié)構(gòu)器件中解決。因此，一般LD泵浦自倍頻激光器效率較低并且穩(wěn)定性較差，從而限制了自倍頻激光器的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種高效率、穩(wěn)定的LD泵浦的自倍頻激光器，利用體光柵(如體布拉格光柵(Volume?Bragg?Grating，VBG)、體全息光柵(Volume?holographic?Grating，VHG)、光纖布拉格光柵(Fiber?Bragg?Grating，F(xiàn)BG))與LD構(gòu)成外腔系統(tǒng)有效的壓窄LD的輸出光束的線(xiàn)寬，將LD的輸出波長(zhǎng)鎖定在晶體的吸收峰位置并較大程度的保持了LD的高效工作，從而提高自倍頻晶體的吸收效率和激光輸出的穩(wěn)定性，有利于自倍頻激光器的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

本發(fā)明按照下面所述的方式實(shí)現(xiàn)：

一種LD泵浦的高效穩(wěn)定的自倍頻激光器，包括熱沉、LD泵浦源、耦合系統(tǒng)、體光柵、激光諧振腔。其中激光諧振腔包括輸入端鏡、激光自倍頻晶體、激光輸出腔鏡。輸入腔鏡鍍對(duì)泵浦光的增透膜以及基頻光和倍頻光的高反膜，輸出腔鏡鍍對(duì)基頻光的高反膜以及倍頻光的高透膜。激光自倍頻晶體按照相應(yīng)的相位匹配角度切割，兩端鍍對(duì)基頻光和倍頻光高透膜。

體光柵作為一種新型的光柵元件具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能靈活的優(yōu)點(diǎn)。以體布拉格光柵VBG為例說(shuō)明體光柵的波長(zhǎng)選擇性。以體布拉格光柵VBG為例說(shuō)明平面光柵的波長(zhǎng)選擇性。VBG是一種折射率呈周期Λ變化的光學(xué)晶體，其折射率可表示為：

n(z)＝n₀+n₁f(z)

式中，f(z)是周期Λ的函數(shù)，n₀為VBG的平均折射率，n1為折射率調(diào)制振幅。VBG的反射波長(zhǎng)有布拉格條件決定：

2Λn₀cosθ＝mλ

其中，m為衍射級(jí)次，θ折射角。當(dāng)具有一定帶寬的光束以一定角度進(jìn)入VBG時(shí)，其中只有一個(gè)波長(zhǎng)λ會(huì)被反射。因此，通過(guò)改變光束的入射角度，就可以改變反射的波長(zhǎng)。LD出射光束經(jīng)耦合系統(tǒng)準(zhǔn)直后大部分將透過(guò)VBG，而波長(zhǎng)范圍在(811±0.2)nm(Nd:YCOB晶體峰值吸收波長(zhǎng))范圍內(nèi)的光束有一部分被反射回LD，由于VBG對(duì)特定波長(zhǎng)的角度選擇性，反射回去的光束其發(fā)散角度遠(yuǎn)小于LD的發(fā)散角。這樣，便構(gòu)成一個(gè)具有波長(zhǎng)選擇性質(zhì)的外腔，反饋回去的部分將在LD的后端面和VBG之間形成穩(wěn)定的振蕩，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)的鎖定。與其他方式相比，VBG外腔鎖定減小了LD出射光束的諧振腔腔長(zhǎng)，減少了LD在慢軸方向上的功率損耗，有利于獲得大功率的泵浦激光輸出。