专利名称：激光光源的泵浦系统和包含这种泵浦系统的激光光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于激光光源的泵浦系统并涉及包含这种泵浦系统的激光光源。
背景技术：
更精确地说，所述激光光源属于已知类型，包含-激活元素，激活元素包含能够吸收泵浦光束的掺杂矩阵，以便放大激光辐射的至少一束光束；-泵浦系统，泵浦系统包含能够发射透入所述棒的泵浦光束的泵浦(激光)二极管；-光学传送系统，用于使由所述泵浦系统发射的泵浦光束射入所述激活元素以便泵浦所述激活元素；以及-光学谐振腔，用于提取所述激光辐射。
在这个本发明所涉及的激光光源中，泵浦可以是纵向的、横向的、半横向的或者是相对于所述激活元素的其他取向。
已知的是，为了有效，泵浦光束在光谱上必须以这样的一种方式被调谐到激活元素的吸收光谱，即所述泵浦光束被吸收并将其能量传递进掺入了所述激活元素的稀土离子中。
还已知的是，泵浦激光二极管具有发射光谱，通常其宽度为几个纳米，当所述泵浦二极管的温度变化时，所述发射光谱会发生每度0.25至0.3纳米的偏移。
为了确保泵浦光束(由泵浦二极管输出)的波长与激活介质的吸收光谱之间令人满意的一致性，已知的是将所述二极管安装到珀耳帖模块上，其功能是将它们的温度稳定在优于0.5℃的精度以便确保波长集中于0.2nm内。
然而，尤其是在军事应用方面，紧密度、消耗量和实施速度参数表现出特殊重要性。珀耳帖模块的使用包含了相当大的消耗量并需要一分钟量级的稳定时间，因此其成为在紧密系统中使用二极管泵浦的激光光源的一个减速因子。同样的情形在用于稳定二极管温度的其他有源系统的例子中适用。因此，始终在当前使用的技术(比如用于大地激光指示器)是闪光灯泵浦技术，闪光灯泵浦不是非常有效并且体积庞大。
为了修正这个问题，下列做法是必要的-或者增加激活介质对波长漂移的容限，这种做法由比如专利FR-2 803 697提议，为此泵浦光束被引导以便多次通过激活介质；-或者正如比如在专利申请US-2005/0018743中所提议的，被动地稳定泵浦二极管的波长发射，该专利申请描述了包括一个或多个VBG(体积布拉格光栅)的系统的使用，以便区分激光器的一个或多个发射特征。
然而，对应于15℃至40℃的二极管的温度漂移，上面的解决方案只允许获得超过3至10纳米的不敏感性。在-40℃和70℃之间的这种热不敏感性范围对于比如在大地激光指示器中使用泵浦系统来说是大大地不足的。
发明内容
本发明的目的是修正这些缺陷。本发明涉及用于激光光源的泵浦系统，其使得获取具有非常广泛的热不敏感性范围(如在-40℃和70℃之间)的泵浦光束成为可能。
针对这个目的，依照本发明类型的所述用于激光光源的泵浦系统包含-至少一个泵浦(激光)二极管，能够发射至少一束泵浦光束，其波长随温度而变化；-至少一个准直单元，与所述泵浦二极管相关联；以及-至少一个选择性反射镜，用于选择所述泵浦二极管的一个波长，所述至少一个选择性反射镜是值得注意的，因为所述选择性反射镜被构成为以便包含多个光谱反射率峰值，用于根据所述泵浦二极管的温度变化，就每次将所述泵浦二极管的操作锁定在这些峰值中的至少一个峰值上，以使泵浦系统发射泵浦光束，根据温度的所述变化，接连对应于多个预定波长，泵浦光束的波长阶跃(in step)变化。
优选地，所述预定波长对应于下列情形下的波长为此用于激光光源(与所述泵浦系统相关联)的激活元素的吸收系数每次大于预定(高)值(如1.7cm-1)，也就是说为此获得与激光光源相关联的激活元素对泵浦光束的高吸收。
因此，由于所述选择性反射镜的按照本发明的特征，当温度变化时，由泵浦系统发射的泵浦光束的波长不会以连续的方式(成比例地)变化，而是阶跃变化，每次取一个或多个波长值，其确保了激活元素对所述泵浦光束的高吸收，即特别有效的泵浦。因此可获得具有特别广泛热不敏感性范围的泵浦光束。
有利地，以这样的一种方式构成所述选择性反射镜，即所述预定波长对应于下列情形下的波长为此所述吸收系数每次构成吸收系数的同样相对受限范围的部分，例如[1.7cm-1；2.2cm-1]。由于这个特征，无论什么温度，都在激活介质中获得了相对均匀的泵浦。
在本发明的上下文中，可以各种方式制造所述选择性反射镜。具体地说-它可包含在至少一个固体介质中形成的布拉格光栅；或者-它可包含在衬底上沉积的多层电介质；或者-利用两个反射面之间的干涉，它可被制造以便产生法布里-珀罗效应。
本发明还涉及该类型的激光光源，包含-激活元素，所述激活元素包含掺杂矩阵，所述掺杂矩阵能够吸收至少一束泵浦光束以便放大激光辐射的至少一束光束；-泵浦系统，能够发射至少一束泵浦光束；-光学传送系统，用于使由所述泵浦系统发射的泵浦光束射入所述激活元素以便泵浦所述激活元素；以及-光学谐振腔，用于提取所述激光辐射。
按照本发明，所述激光光源是值得注意的，因为所述泵浦系统属于前述的类型。
所附图形将有助于更清晰地理解如何能实现本发明。在这些图形中，相同的标记表示相同的部件。
图1是按照本发明的激光光源的一个示范实施例的简化图。
图2和3分别是按照本发明的泵浦系统的顶视图和侧视图。
图4至6是解释本发明的基本特征的曲线图。
图7示出的是按照本发明的泵浦系统的一个特定实施例的示意图。
具体实施例方式
在图2和3中示意性示出的按照本发明的泵浦系统1可被结合到比如在图1所示的激光光源2中。
以通常的方式，所述激光光源2包含-激活元素3，所述激活元素3包含由掺杂矩阵组成的伸长的棒4，所述掺杂矩阵能够吸收泵浦光束5，以便放大沿X-X轴纵向传播的激光辐射6的至少一束光束；-将在下面解释的所述泵浦系统1，其能够发射至少一束泵浦光束5；-标准的光学传送系统7，用于使由所述泵浦系统1发射的泵浦光束5射入所述激活元素3以便获得纵向泵浦；以及-X-X轴的标准光学谐振腔8，其特别包含反射镜9和半透明反射镜10，这些反射镜彼此被面对面地放置。激光辐射6通过激光放大而获得并且沿着X-X轴穿过所述反射镜10，该光学谐振腔8给出了激光辐射6的方向和几何特征。
此外，如图2和3所示，所述泵浦系统1包括至少一个泵浦激光二极管12，其以通常的方式比如被安装在带11上并且能够发射泵浦光束5；所述泵浦系统1还包括标准准直单元13(比如透镜)，其与所述泵浦二极管12相关联。
已知的是，该激光类型的这种泵浦二极管12产生泵浦光束5，其波长λ随温度T而变化，如图4所示，其中λ用纳米表示并且T用摄氏度表示。通常，激光二极管具有宽度为几个纳米的发射光谱，当温度T变化时，所述发射光谱会发生每摄氏度0.25至0.3纳米的漂移。
本发明的目的是修正这个缺陷以便获得具有非常广泛的热不敏感性范围(比如在-40℃和至少+70℃之间)的泵浦光束。
为了实现这一点，按照本发明，所述泵浦系统1还包含将在下面解释的选择性反射镜14，选择性反射镜14被构成为以便包含多个光谱反射率峰值P1、P2、P3、P4(图5)，以便根据所述泵浦二极管12的温度T的变化将泵浦二极管12的操作锁定在这些峰值P1至P4中的至少一个上，以使泵浦系统1发射泵浦光束5，根据温度T的所述变化，接连对应于如图6所示的多个预定波长λ1、λ2、λ3、λ4，其波长λ阶跃变化。
优选地，所述预定波长λ1、λ2、λ3、λ4对应于下列情形下的波长为此与所述泵浦系统1相关联的激活元素3的吸收系数α每次大于预定(高)值(如在纵向泵浦上为1.7cm-1否则在横向泵浦上为5cm-1)，也就是说为此获得由所述相关联的激活元素3对泵浦光束5的基本吸收。
因此，由于按照本发明的所述选择性反射镜14的特征，当温度T变化时，由所述泵浦系统1发射的泵浦光束5的波长不会以如图4所示的现有技术的连续方式变化，而是阶跃变化，每次取一个或多个波长值λ1至λ4(图6)，其每个都确保了激活元素3对所述泵浦光束5的良好吸收，即特别有效的泵浦。具有特别广泛热不敏感性范围(在图6所示的实例中为-40℃至80℃)的泵浦光束5因此被获得。
优选地，所述预定波长λ1至λ4对应于下列情形下的波长为此所述吸收系数α每次构成吸收系数的同样相对受限范围的部分，例如[1.7cm-1；2.2cm-1]。因此，无论什么温度T，都在激活介质中获得了相对均匀的泵浦。
所述选择性反射镜14因此具有在所述光谱反射率峰值P1至P4处的某一反射率R，其在这个选择性反射镜14的设计和构造期间被固定。如图2所示，将这个选择性反射镜14放置于准直带11的前面，通过再注入、通过在增益介质中(即在带11中)反射被光谱限定的辐射15，这个选择性反射镜14充当了滤光器的作用。通过这个反馈，选择性反射镜14因此将附加的约束强加于带11的激光二极管12上，以便将所述激光二极管12的操作每次都锁定在这些光谱反射率峰值P1至P4中的至少一个峰值上。如图6所示，这使得最终能够获得作为温度T的函数的泵浦光束5的光谱偏移。
在所采用的(半导体、准直和反射镜的)配置中，光谱反射率峰值P1至P4的每个之间的光谱间隙必须小于反射镜14的总光谱控制振幅。
可以各种方式制造所述选择性反射镜14。
在第一实施例中，其由前述类型的布拉格光栅制成，所述布拉格光栅在至少一种固体介质中构成。写入若干光栅也是可能的，每一个光栅对应于固体介质中的一个波长。这些布拉格光栅可以是互相贯穿的不然的话可以位于衬底内的不同深度处，否则可在独立的衬底内写入它们，将一个放在另一个的后面以便组成多谱线反射镜。另外，各反射线的位置(或光谱反射率峰值)可选择成以与其他线的位置无关。
在第二实施例中，所述选择性反射镜14以通常的方式由沉积在衬底上的多层电介质制成。
此外，在第三实施例中，利用两个反射表面之间的干涉以标准的方式制成所述选择性反射镜14，以产生法布里-珀罗效应。然而，在这种情形下，各反射线的位置是彼此互相依赖的，因为只可能独立修改一条反射线的位置，并且同样地自由光谱间隔使其与随后的反射线隔离。
此外，所述准直单元13具有在二极管12的辐射16到达选择性反射镜14之前至少沿着二极管12的快轴(rapid axis)校准辐射16的用途。这是因为没有准直的情形下，由于二极管12的有角度的发射角(其通常达到10×40°)，光线入射到选择性反射镜14上的角度将会太分散。
作为说明，现在提供一个特定的泵浦系统1，其允许长度L＝12mm的YAG棒4在-40℃至70℃之间的有效纵向泵浦。
为了获得90％的吸收率，吸收系数α必须达到至少1.92cm-1，因为在这种情形中，吸收Abs由下式给定Abs＝1-e(-αL)＝1-e(-1.92cm×1.2cm)＝0.9。
此外，如果期望为每个波长阶跃(step)λ贮存相对恒定量的泵浦能量，这个吸收必须保持接近1.9，即近似介于1.7和2.2cm-1之间。
已知在掺杂有1％的钕Nd的YAG的吸收光谱范围上，存在有十二个几百微微米的区域，每个区域满足这个条件，给出了这十二个区域的坐标(单位为纳米){791.9；793.4；794.5；796.0；798.6；803.6；809.6；811.6；813.5；816.9；817.8；821.6}。
为了使所讨论的热范围(-40℃至70℃)能被方便地覆盖，选择比如四个光谱(λ1、λ2、λ3、λ4)坐标，它们彼此间隔至少10nm，即{794.5；803.6；813.5；821.6}，并且制成至少一个具有图5所示反射率R的四重频带选择性反射镜14。
这个四重频带选择性反射镜14被置于带11的前面，其通过准直单元13被校准，以使获得具有如图6所示作为温度T的函数的连续所述波长λ1、λ2、λ3、λ4的泵浦光束5。
在本发明的上下文中，泵浦系统1可特别包含单个泵浦二极管12、或者如图2和3所示的与多个这样的二极管12装配在一起的带11、或者如图7所示的带11的阵列16(或叠层)。
在后面的实例中，还可提供包含许多准直单元13的阵列17。
另外，在这个后面的实例中，下列部件被提供-单个反射镜14，用于带11的阵列；或-一个选择性反射镜14，用于所述阵列16的每个带11；或-每组若干带11的一个选择的反射镜。
尽管在上述的实例中，按照本发明的泵浦系统1与具有纵向泵浦的激光光源2相关联，但是很容易理解，这个泵浦系统可用于任何其他类型的泵浦，例如横向的、半横向的或其他泵浦。
权利要求
1.一种用于激光光源的泵浦系统，所述泵浦系统(1)包含-至少一个泵浦二极管(12)，能够发射至少一束泵浦光束(5)，其波长(λ)随温度(T)而变化；-至少一个准直单元(13)，与所述泵浦二极管(12)相关联；以及-至少一个选择性反射镜(14)，用于选择所述泵浦二极管(12)的一个波长，其特征在于，所述选择性反射镜(14)被构成为以便包含多个光谱反射率峰值(P1至P4)，用于根据所述泵浦二极管(12)的温度(T)的变化，每次将所述泵浦二极管(12)的操作锁定在这些光谱反射率峰值(P1至P4)中的至少一个上，以使所述泵浦系统(1)发射泵浦光束(5)，根据温度(T)的所述变化，接连对应于多个预定波长(λ1至λ4)，所述泵浦光束(5)的波长(λ)阶跃变化。
2.如权利要求1所述的泵浦系统，其特征在于，以这样一种方式构成所述选择性反射镜(14)，即所述预定波长(λ1至λ4)对应于下列情形下的波长对于该波长，用于所述激光光源(2)的激活元素(3)的吸收系数每次大于预定值。
3.如权利要求2所述的泵浦系统，其特征在于，以这样一种方式构成所述选择性反射镜(14)，即所述预定波长(λ1至λ4)对应于下列情形下的波长对于该波长，所述吸收系数每次构成吸收系数的相同范围的部分。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述选择性反射镜(14)包含在至少一个固体介质中构成的布拉格光栅。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述选择性反射镜(14)包含在衬底上沉积的多层电介质。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，利用两个反射表面之间的干涉，所述选择性反射镜(14)被制造成以便产生法布里-珀罗效应。
7.一种激光光源，包含-激活元素(3)，所述激活元素包含掺杂矩阵，所述掺杂矩阵能够吸收至少一束泵浦光束(5)以便放大激光辐射(6)的至少一束光束；-泵浦系统(1)，能够发射至少一束泵浦光束(5)；-光学传送系统(7)，用于使由所述泵浦系统(1)发射的所述泵浦光束(5)射入所述激活元素(3)以便泵浦所述激活元素；以及-光学谐振腔(8)，用于提取所述激光辐射(6)，其特征在于，所述泵浦系统(1)属于权利要求1所指定的类型。
全文摘要
泵浦系统(1)包含至少一个泵浦二极管(12)，所述泵浦二极管(12)能够发射泵浦光束(5)，其波长随温度而变化；泵浦系统(1)包含至少一个准直单元(13)，以及至少一个选择性反射镜(14)，所述选择性反射镜(14)包含多个光谱反射率峰值，用于根据泵浦二极管(23)的温度变化，每次将泵浦二极管(12)的操作锁定在这些峰值中的至少一个峰值上，以使泵浦系统(1)发射泵浦光束(5)，根据温度的变化，接连对应于多个预定波长(λ1至λ4)，所述泵浦光束(5)的波长逐步变化。
文档编号H01S3/091GK1874086SQ20061007927
公开日2006年12月6日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年4月25日
发明者J·-E·蒙塔纳, M·勒内夫 申请人:塞拉斯激光工业公司