一种腔内倍频微片激光器的制作方法

专利名称：一种腔内倍频微片激光器的制作方法
一种腔内倍频微片激光器方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，尤其涉及一种高消光比偏振输出倍频光的腔内 倍频微片激光器。背景技术：
在半导体泵浦激光器中，微片结构的腔内倍频激光器具有高效率，结构紧凑等优点。现有的典型的一种^f殷片激光器结构如图l所示包括半导体泵 浦源1 (LD)、准直透镜2、聚焦透镜3、双折射型激光晶体4及II类相位匹 配倍频晶体5。 S!和S2为微片激光器的两个镀膜面。通常S面镀对泵浦光增 透，对基频光、和倍频光人2w高反的膜，S2面镀对基频光、高反和对倍频光 M。高透的膜，由这两个面形成激光谐振腔。由于双折射激光晶体与II类相位 匹配倍频晶体通常光轴夹角为45°，根据II类相位匹配条件、(e)+^(o)—〉 入2co(e)或、(e)+;u:o) —〉入2co(0)，从II类相位匹配倍频晶体5出射的倍频光为 线偏光，.其光轴方向平行或垂直于倍频晶体的光轴，因此倍频光偏振方向与 双折射型激光晶体4的夹角也为45°，双折射型激光晶体4相对II类相位匹配 倍频晶体5的反向倍频光为一波片。使得从II类相位匹配倍频晶体5出射反 向倍频光往返两次穿过双折射型激光晶体4后，II类相位匹配倍频晶体5反 向倍频光偏振方向处于不确定的状态，这样从S2面输出的倍频光偏振消光比 也为不确定的状态，因而不符合在需要高消光比偏振激光输出的应用场合。为了实现高消光比偏振倍频光输出，通常的办法是将图1中前腔镜S,面 膜层设计成对泵浦光增透，对基频光高反和对倍频光增透的方式，使由II类 相位匹配倍频晶体产生的倍频光经过双折射型激光晶体后直接透过，不再返 回到倍频晶体中，从而提高了偏振倍频光输出的消光比。但这种方法提高了 消光比的同时，由于倍频光在两个面输出，降低了倍频光功率。另一种办法 是在激光晶体与倍频晶体之间加上对倍频光高反及对基频光高透的膜层，阻 止倍频光往返于激光晶体，从而获得具有较高消光比的偏振倍频光输出。但这种方法因为在激光晶体与倍频晶体之间插入膜层，增大了腔内损耗，降低效率。其它的方法如中国专利第ZL200520068583.8号所述，在激光晶体和倍 频晶体之间插入波长相对于倍频光波长1/2的波片，并且波片光轴方向与激光晶体光轴方向夹角为0/2,其中e为激光晶体光轴与返岡的倍频光偏振方向的夹角。这种方法虽然可以提高消光比，但因波片与激光晶体角度特殊，加 工装配不易。还有的方法是直接将激光晶体加工成倍频光的全波片或半波片, 但这种方法需要很高的加工精度，在工艺上很难实现，并且其相位延迟量随 温度变化而变化，导致消光比也随温度变化而变化。
发明内容为了解决上述技术问题，本发明提供一种在较宽温度范围内获得高消光 比偏振倍频光输出的腔内倍频微片激光器。本发明的一种实现方案 一种腔内倍频微片激光器，包括泵浦源、准直 透镜、聚焦透镜、激光晶体及倍频晶体，并按通光方向上依次排列，其特征 在于将所述激光晶体粘接一相位补偿片，形成一复合激光晶体，该复合激 光晶体相位延迟等效于倍频光波长的半波片或全波片，且所述复合激光晶体 沿通光方向的前端面镀有对泵浦光增透而对基频光和倍频光高反的膜，倍频 晶体后端面4度有对基频光高反及对倍频光高透的膜；所述激光晶体、相位补 偿片、倍频晶体的光轴与通光方向垂直，且激光晶体与倍频晶体二者的光轴 成45。夹角；所述的激光晶体与相位补偿片的光轴平行或垂直，且激光晶体对 倍频光的相位延迟角为e！与相位补偿片对倍频光的相位延迟角为92有如下关 系e,+e产K兀，K为整数。其中，所述复合激光晶体在通光方向上，其中所述相位补偿片是在激光 晶体前排列粘接，或者在激光晶体后排列粘接。其中，所述的激光晶体、相位补偿片是双折射晶体，倍频晶体是n类相 位匹配倍频晶体。所述的相位补偿片进一步为双折射型激光晶体。本发明另一种实现方案即在通光方向上，当倍频晶体排列在复合激光晶体前面，并在倍频晶体前端面镀对泵浦光增透，对倍频光和基频光高反的 膜，在复合激光晶体后端面镀对倍频光高透和对基频光高反的膜时，只要复合激光晶体满足以上所述的其它条件时，同样可实现相同的目的。本发明采用以上两种方案，具有如下有益效果由激光晶体和相位补偿 片粘接而成的复合激光晶体对于倍频光为级数很低的半波片或全波片，并满 足上述其它条件时，从而实现当从倍频晶体反向出射的倍频光往返经过复合 激光晶体时，不再发生退偏现象，并且因级数低，复合激光晶体相位延迟量 对温度不敏感，因此能在很宽的温度范围内获得高消光比的偏振倍频光输出。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一 步的说明。图l为现有常用的腔内倍频微片激光的结构示意图。图2是本发明的原理图及实施实例1、 2、 3、 4的结构示意图。图3是本发明实施实例5、 6、 7、 8的结构示意图。图4是本发明的原理图及实施实例9的结构示意图。图5是本发明实施实例10的结构示意图。图6是本发明另一个实施方案的结构示意图。
具体实施方式请参阅图2所示，腔内倍频微片激光器包括沿通光方向上依次排列的半 导体泵浦激光器l作为泵浦源、激光准直透镜2、激光聚焦透镜3、激光晶体 4及倍频晶体5，并将所述激光晶体4粘接一相位补偿片6，形成一复合激光 晶体，该复合激光晶体相位延迟量等效于倍频光波长的半波片或全波片。具体实施实例1，其中，上述激光晶体4为Nd:YV04晶体、相位补偿片 6为YV04晶体、倍频晶体5为KTP晶体。Nd:YV04晶体4、 YV04晶体6、 KTP晶体5，它们各自的光轴与通光方向垂直，并且N±YV04晶体4与KTP 晶体5 二者的光轴成45°夹角。Nd:YV04晶体4的前端面为镀膜面S,，镀上 对泵浦光高透，对基频光和倍频光高反的膜，形成前腔镜，KTP晶体5后端 面为镀膜面S2，镀上对基频光高反对倍频光高透的膜，形成后腔镜。Nd:YV04 晶体4和YV04晶体6 二者的光轴相互垂直，并且Nd:YV04晶体4对倍频光 相位延迟角0,与YV04晶体6对倍频光的相位延迟角02有如下关系e一e尸K兀，K为整H。具体实施实例2，除将相位补偿片6换成Nd:YV04晶体外，其它所有部 件和结构均与具体实施1相同，并且Nd:YV04晶体4和Nd:YV04晶体6 二 者的光轴相互垂直，Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角e!与作为相位补偿 片的Nd:YVC)4晶体6对倍频光的相位延迟角92有如下关系e,+e尸K7c, K为整数。具体实施实例3，除将相位补偿片6换成GdV04晶体外，其它所有部件 和结构均与具体实施1相同，并且Nd:YV04晶体4和GdV04晶体6光轴相 互垂直，Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角9!与作为相位补偿片的GdV04 晶体6对倍频光的相位延迟角02有如下关系e一efK7t, K为整数。具体实施实例4，除将相位补偿片6换成Nd:GdV04晶体外，其它所有部 件和结构均与具体实施1相同。并且Nd:YV04晶体4和Nd:GdV04晶体6光 轴相互垂直，Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角0!与作为相位补偿片的 Nd:GdV04晶体6对倍频光的相位延迟角02有如下关系e,+e产K兀，K为整数°具体实施实例5,如图3所示，腔内倍频微片激光器包括半导体泵浦激 光器l，激光准直透镜2，激光聚焦透镜3，激光晶体4为Nd:YV04晶体，相 位补偿片6为YV04晶体，倍频晶体为5KTP晶体。在通光方向上依次排列 着YV04晶体6、 Nd:YV04晶体4、 KTP晶体5，它们各自的光轴与通光方向 垂直，并且Nd:YV04晶体4与KTP晶体5光轴成45°夹角。YV04晶体6的 前端面为镀膜面Sp镀上对泵浦光高透，对基频光和倍频光高反的膜，形成 前腔镜，KTP晶体5后端面为镀膜面S2，镀上对基频光高反和对倍频光高 透的膜，形成后腔4竟。Nd:YV04晶体4和YV04晶体6光轴相互垂直，并且 Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角与YV04晶体6对倍频光的相位延迟角02有如下关系e,+e^K兀，K为整数。具体实施实例6,将相位补偿片6换成Nd:YV04晶体并将Nd:YV04晶体 6前端面作为镀膜面Sp其它所有部件和结构均与具体实施5均相同。并且， Nd:YV04晶体4和Nd:YV04晶体6光轴相互垂直，Nd:YV04晶体4对倍频光 相位延迟角e,与作为相位补偿片的Nd:YV04晶体6对倍频光的相位延迟角e2有如下关系e,+e2-K兀，K为整数。具体实施实例7,将相位补偿片6换作GdV04晶体并将GdV04晶体6 前端面作为镀膜面Sp其它所有部件和结构均与具体实施5均相同，并且， Nd:YV04晶体4和GdV04晶体6光轴相互垂直，Nd:YV04晶体4对倍频光相 位延迟角e,与作为相位补偿片的GdV04晶体6对倍频光的相位延迟角02有如下关系e^e^K兀，K为整数。具体实施实例8,将相位补偿片6换作Nd:GdV04晶体并将Nd:GdV04 晶体6前端面作为镀膜面Si镀，其它所有部件和结构均与具体实施5均相同， 并且，Nd:YV04晶体4和Nd:GdV04晶体6光轴相互垂直，Nd:YV04晶体4 对倍频光相位延迟角e！与作为相位补偿片的Nd:GdV04晶体6对倍频光的相 位延迟角02有如下关系e,+e尸K兀，K为整数。 .具体实施实例9，其腔内倍频微片激光器的各组成部分的排列顺序与上 述实施例稍有不同，如图4所示，.腔内倍频微片激光器包括半导体泵浦激光 器l、激光准直透镜2、激光聚焦透镜3、激光晶体4、相位补偿片6及倍频 晶体5;其中，激光晶体4为Nd:YV04晶体，相位补偿片6为负单轴晶体CaC03 晶体，倍频晶体5为KTP晶体，并在通光方向上依次排列，且它们各自的光 轴与通光方向垂直，并且Nd:YV04晶体4与KTP晶体5 二者的光轴成45°夹 角。Nd:YV04晶体4的前端面作为镀膜面Si,镀上对泵浦光高透，对基频光 和倍频光高反的膜，形成前腔镜，KTP晶体5后端面作为镀膜面S2，镀上 对基频光高反对倍频光高透的膜，形成后腔镜。Nd:YV04晶体4和CaC03 晶体6光轴平行，并且Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角9,与CaC03晶 体6对倍频光的相位延迟角92有如下关系9!+e产KTi， K为整数。具体实施实例10,如图5所示，腔内倍频微片激光器包括半导体泵浦激 光器l、激光准直透镜2、激光聚焦透镜3、激光晶体4、相位补偿片6及倍 频晶体5;激光晶体4为Nd:YV04晶体，相位补偿片6为负单轴晶体CaC03 晶体，倍频晶体5为KTP晶体，并沿通光方向上依次排列，它们各自的光轴 与通光方向垂直，并且Nd:YV04晶体4与KTP晶体5 二者的光轴成45°夹角。 CaC03晶体4的前端面作为镀膜面S,,镀上对泵浦光高透，对基频光和倍频光高反的膜，形成前腔镜，KTP晶体5后端面作为镀膜面S2，镀上的对基 频光高反对倍频光高透的膜，形成后腔镜。Nd:YV04晶体4和CaC03晶体6 光轴平行，并且Nd:YV04晶体4对倍频光相位延迟角与CaC03晶体6对 倍频光的相位延迟角62有如下关系^+e2-K兀，K为整数。最后再如图6所示，为本发明另一种实现方式腔内倍频^t片激光器组成 结构不变，还是包括半导体泵浦激光器l,激光准直透镜2，激光聚焦透镜3， 激光晶体4，相位补偿片6，倍频晶体5。'但在通光方向上，当倍频晶体5排列 在复合激光晶体前面，且倍频晶体5前端面为镀膜面S，，镀对泵浦光增透，对 倍频光和基频光高反的膜，复合激光晶体后端面为镀膜面S2，镀上对倍频光 高透和对基频光高反的膜，其它条件和上述各实施例相同即可，同样可实现 相同的发明目的。本发明的具体工作原理为当激光晶体4与相位补偿片6同为正晶体或 负晶体时，将它们光轴互相垂直并粘接成复合激光晶体。如图2所示，从倍 频晶体5反向出射的倍频光经相位补偿片6时，因倍频光线偏振方向与相位 补偿片6成45°夹角，倍频光被分解为垂直于相位补偿片6光轴的O光和平 行于相位补偿片6光轴的E光，其相位延迟角06=2兀(ne6-n。6) L6/X，其中ne6 为相位J^迟片E光的折射率，nZ为相位补偿片O光的折射率，U为相位补 偿片的厚度，X为倍频光波长。接着，倍频光继续入射到激光晶体4，由于激 光晶体4光轴垂直于相位补偿片6的光轴，相位补偿片6的E分量垂直于激 光晶体4的光轴，入射到激光晶体4时为激光晶体4的0光分量，相位补偿 片6的O光分量平行于激光晶体4的光轴，入射到激光晶体4时为激光晶体 4的E光分量，倍频光在激光晶体4的相位延迟角94=2兀(n。4-ne4 ) L4/入，其 中n/为激光晶体E光折射率，11。4为激光晶体0光折射率，L4为激光晶体的 厚度，X为倍频光波长。由于相位补偿片6与激光晶体4同为正晶体(n。<ne) 或负晶体(n。>ne),因此反向出射的倍频光在相位补偿片6的相位延迟角e6 与在激光晶体4的相位延迟角64方向相反，恰当控制相位补偿片6和激光晶体4的厚度，可以使得倍频光在复合激光晶体的总相位延迟角e=e4+e6=K7i，K为整数，并且可以很容易将K控制在O、 1、 2等很小的正整数级别上。当激光晶体与相位补偿片其中一片为正晶体另 一片为负晶体时，将它们光轴互相平行并粘接成复合激光晶体。如图4所示，从倍频晶体5反向出射 的倍频光经相位补偿片6和激光晶体4时，因倍频光线偏振方向与相位补偿 片6和激光晶体4均成45°夹角，倍频光被分解为垂直于相位补偿片6光轴和 激光晶体4光轴的O光和平行于相位补偿片6光轴和激光晶体4光轴的E光。 倍频光在相位补偿片6的相位延迟角06=2兀(ne6-n。6) IV入，其中11/为相位补 偿片E光折射率，11。6为相位补偿片O光折射率，U为相位延迟片的厚度，X 为倍频光的波长。倍频光在激光晶体4的相位延迟角94=2兀(ne4-n。4) L4/L 其中n/为激光晶体E光折射率，n 为激光晶体O光折射率，L4.为激光晶体 的厚度，人为倍频光的波长。由于相位补偿片6与激光晶体4一片为正晶体 (n。<ne)另一片负晶体(n。>ne),反向出射的倍频光在相位补偿片6的相位 延迟角06与在激光晶体4的相位延迟角94方向相反，恰当控制相位补偿片6 和激光晶体4的厚度,使得倍频光在复合激光晶体总相位延迟角e=04+e6=K7i， K为整数，并且可以很容易将K控制在O、 1、 2等很小的正整数级别上。综上所述，上述具体实施实例1~10的结构中，由于复合激光晶体对倍频 光相位延迟等效为半波片或全波片，从II类相位匹配倍频晶体反向出射的倍 频光往返于复合激光晶体时，不再对倍频光产生退偏，因而能获得高消光比 的偏振输出倍频光。以上所列举的具体实施实例只代表本发明专利所要求的权利项中的一些本发明专利保护范围内。
权利要求
1、一种腔内倍频微片激光器，包括泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、激光晶体及倍频晶体，并按通光方向上依次排列，其特征在于将所述激光晶体粘接一相位补偿片，形成一复合激光晶体，该复合激光晶体相位延迟等效于倍频光波长的半波片或全波片，且所述复合激光晶体沿通光方向的前端面镀有对泵浦光增透而对基频光和倍频光高反的膜，倍频晶体后端面镀有对基频光高反及对倍频光高透的膜； 所述激光晶体、相位补偿片、倍频晶体的光轴与通光方向垂直，且激光晶体与倍频晶体二者的光轴成45°夹角；所述的激光晶体与相位补偿片的光轴平行或垂直，且激光晶体对倍频光的相位延迟角为θ1与相位补偿片对倍频光的相位延迟角为θ2有如下关系θ1+θ2＝Kπ，K为整数。
2、 根据权利要求l所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述复合激光晶体在通光方向上，其中所述相位补偿片是在激光晶体前排列粘 接，或者在激光晶体后排列粘接。
3、 根据权利要求1所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述的激光晶体、相位补偿片是双折射晶体，倍频晶体是II类相位匹配倍频晶 体。
4、 根据权利要求3所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述的相位补偿片进一步为双折射型激光晶体。
5、 一种腔内倍频微片激光器，包括泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、倍 频晶体及激光晶体，并按通光方向上依次排列，其特征在于将所述激光晶 体粘接一相位补偿片，形成一复合激光晶体，该复合激光晶体相位延迟等效 于倍频光波长的半波片或全波片，且在倍频晶体前端面镀对泵浦光增透，对 倍频光和基频光高反的膜，在复合激光晶体沿通光方向的后端面镀对倍频光 高透和对基频光高反的膜；所述激光晶体、相位补偿片、倍频晶体的光轴与通光方向垂直，'且激光 晶体与倍频晶体二者的光轴成45°夹角；所述的激光晶体与相位补偿片的光轴平行或垂直，且激光晶体对倍频光的相位延迟角为et与相位补偿片对倍频光的相位延迟角为62有如下关系e,+efK兀，K为整数。
6、 根据权利要求5所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述复合激光晶体在通光方向上，其中所述相位补偿片是在激光晶体箭排列粘 接，或者在激光晶体后排列粘接。
7、 根据权利要求5所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述的激光晶体、相位补偿片是双折射晶体，倍频晶体是II类相位匹配倍频晶 体。
8、 根据权利要求7所述的一种腔内倍频微片激光器，其特征在于所 述的相位补偿片进一步为双折射型激光晶体。
全文摘要
本发明提供了一种腔内倍频微片激光器，包括泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、激光晶体及倍频晶体，并按通光方向上依次排列，将所述激光晶体粘接一相位补偿片，形成一复合激光晶体，该复合激光晶体相位延迟等效于倍频光波长的半波片或全波片，且所述复合激光晶体及倍频晶体整体沿通光方向的前后端面镀膜，激光晶体与相位补偿片的光轴平行或垂直，且激光晶体对倍频光的相位延迟角为θ₁与相位补偿片对倍频光的相位延迟角为θ₂满足θ₁+θ₂＝Kπ，K为整数。本发明的倍频光在腔内往返于复合激光晶体时不发生退偏现象，因而可得到具有较高消光比的偏振倍频光输出。并且当波片级数较低时，偏振消光比对温度变化不敏感。
文档编号H01S3/00GK101247018SQ200810070590
公开日2008年8月20日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者陈建林 申请人:福建华科光电有限公司