一种微片式双腔激光器的制作方法

专利名称：一种微片式双腔激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器领域，尤其涉及双腔激光器。
背景技术：
在激光领域特别是固体激光器领域，很多激光增益介质由于存在吸收截面 小和上能级寿命短等问题，而使激光器泵浦阈值较高，泵浦效率低，这限制了
很多激光材料和激光器的应用。例如稀土离子Tm3+和Ho3+由于可产生2. OjLim 附近波段的激光而受到人们的关注，但却一直无法实现实用化。原因之一是该 激活离子的上能级由于存在上转换过程而使能级寿命明显缩短，因而增加了使 用难度。为解决上述问题，正如美国专利US5289482公开的，可采用腔内泵浦 的方法来实现，激光器结构如图1所示，其中1为LD泵浦源，波长为785nm， 2 为光学透镜，3为Tm3+: YAG晶体，4为Ho3+: YAG晶体，5为后腔镜。当用785nra 的LD泵浦光泵浦Ttn3+: YAG晶体时，将产生2. 0 ju ra激光，采用产生的2. Ojam 激光再去泵浦Ho3+: YAG晶体就可得到2. 1 jnm激光。
2008年，Emilie等在Optics Letters也报道了一种腔内泵浦结构实现了 491nm的和频激光输出，其结构如图2所示。采用808nmLD激光器泵浦Nd: GdV04 晶体产生912nm激光，并用来泵浦Nd: YV04晶体而产生1064mn激光，两种波 长激光(912nm， 1064nm)经KTP晶体和频得到491nm的激光输出。
但是，上述激光系统均为较高功率的分离腔结构，调整起来相对比较复杂。

发明内容
因此，本发明提出一种微片式腔内泵浦激光器结构来降低激光器的阈值和 提高泵浦效率。
本发明是采用如下技术方案实现的
本发明的微片式双腔激光器，包括泵浦光源、第一激光增益介质、第二激 光增益介质。所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质均是4鼓片介质或超 薄介质，并通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形成孩吏片双腔结构；泵浦 光源的光入0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长光A 1作为第二激光增益介质的泵浦光，输出第二波长光入2。或者所述的第一激光增益介质、第二 激光增益介质与其它光学衬底材料通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形 成光波导结构；泵浦光源的光入0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长 光入1作为第二激光增益介质的泵浦光，输出第二波长光入2 。
实施结构一所述的第一激光增益介质前端镀对入0增透、对入1高反的膜， 后端镀入l部分透过，对入0、入2高反的膜，所述的第二激光增益介质后端镀 对入1高反、对人2部分透射的膜。
实施结构二所述的第二激光增益介质后还光胶、胶合或深化光胶粘结有 光学元件，所述的第一激光增益介质前端镀对人Q增透、对入l高反的膜，后端 镀入l部分透过，对入0、入2高反的膜，所述的光学元件后端镀对入l高反、对 入2部分透射的膜。
进一步的，所述的光学元件是倍频晶体、标准具、调Q晶体等光学元件。 实施结构三所述的第一激光增益介质前端镀对对人G增透，对入l、入2 高反的膜，所述的第二激光增益介质后端镀人O、入l高反，对入2部分透射的
膜
本实用新型的两个激光增益介质腔是振荡方向互相平行的谐振腔或者也可 以是振荡方向互相平行的谐振腔。如上所述的微片增益介质可为掺杂不同激活 离子的同种激光基质材料，也可为不同种类的激光基质材料。
所述的泵浦光源可为LD泵浦源或其它激光光源。所述的泵浦源可采用单个 LD或LD阵列，并采用准直阵列,直或光纤耦合。
本发明采用如上技术方案，是一种新型的微片式腔内泵浦激光器结构，能 够降低激光器的阈值和提高泵浦效率。


图l是一种公知的双腔激光器的结构示意图； 图2是另一种公知的双腔激光器的结构示意图； 图3是本发明的第一实施例的激光器结构示意图； 图4是本发明的第二实施例的激光器结构示意图； 图5是本发明的第三实施例的激光器结构示意图； 图6(a)是本发明的第四实施例的激光器结构示意图；图6(b)是图6(a)的横向剖视图; 图6(c)是本发明的第五实施例的激光器结构示意图。
具体实施例方式
现结合

和具体实施方式
对本发明进一步说明。
本发明的结构包括泵浦系统，光学耦合系统和微片式谐振腔，微片式谐振 腔为双腔激光器结构，采用两片微片激光增益介质构成，或者采用波导结构双 腔构成。第一片增益介质的前端Sl镀膜形成谐振腔1的前腔镜，Sl膜为对入0 增透、对入1高反的膜；后端S2为腔1的后腔镜同时作为腔2的前腔镜，S2膜 为对入l部分透过，对入0、入2高反的膜；在第二片增益介质的后端S3镀膜形 成谐振腔2的后腔镜，S3膜为对入1高反、对A 2部分透射的膜。利用303激光 增益介质吸收泵浦光入0产生波长为入1的激光，并作为泵浦源泵浦404激光增 益介质，产生波长为入2的激光。
所述的微片谐振腔也可由两个激光增益介质共用两个相同膜层构成激光腔。
所述微片增益介质可为掺杂不同激活离子的同种激光基质材料；也可为不 同种类的激光基质材料，增益介质可为微片介质也可为超薄介质。
所述的微片增益介质可与其它光学元件如倍频晶体，标准具，调Q晶体等 光学元件，通过光胶、胶合或深化光胶粘结成微片式激光器，从而得到连续， 脉沖或准连续的激光输出，可为基频激光，或倍频激光。
所述的泵浦源可为LD泵浦源或其它激光光源，可采用单个LD或LD阵列，
并采用准直阵列准直或光纤耦合。. 实施实例1:
如图3所示，301为LD泵浦源，波长为入。，302为光学耦合系统，303为 微片激光增益介质1, 3(M为激光增益介质2。膜Sl与S2构成产生、波长激光 的谐振腔，膜S2和S3构成产生入2激光的谐振腔，其中膜S1为对入。增透、对 入i高反的膜；膜S2为对入。、入2高反，对、部分透过的膜；膜S3为对、高反、 对入2部分透射的膜。
泵浦光入。泵浦激光增益介质303产生M波长的激光振荡，由于S1与S2面 均为高反膜，从而可大大提高、的腔内功率密度。304吸收激光入，并产生波长为入2的激光，由于304可获得接近理想的泵浦光光束质量和高泵浦功率密度， 且Sl与S3均为高反膜，入"敫光除去腔内少量无效吸收及少量透射外，其余功 率均被304吸收，从而可获得较高泵浦光吸收效率。
可采用图3所示的结构，实现背景技术中美国专利US5289482中描述的Tm3+: YAG, Ho3+: YAG的2. 1 jli m波段的激光输出。
实施实例2:
同样釆用图3所示结构，其中101为LD泵浦源，303为Nd: YAG晶体，304 为Er/Yb掺杂的YV04晶体或其它合适的基质材料。LD发出808nm激光去泵浦303 产生946nm激光，该波长激光恰好处于Er/Yb离子的吸收波段，因而304将吸 收946nm激光而输出约1550nm波长的激光。
实施实例3:
如图4所示，405为其它光学元件，如倍频晶体，调Q晶体等。激光腔膜 S3镀在405上，与S2构成入2激光谐振腔，实现激光的调制输出。是在图3所 示结构的基础上的改进。 —
本发明的实施例三采用图4所示结构，403采用Nd: GdV04晶体，404采用 Nd: YV04晶体，405为倍频晶体，如KTP晶体等。LD输出808nm泵浦光泵浦Nd: GdV(U敫片产生912nm激光，而Nd: YV04晶体吸收912nm激光并产生1064nm波 段的激光，两种波长激光经KTP晶体和频后实现491nm的激光输出。
实施实例4:
同样采用图4所示结构，403釆用Nd: YV04晶体，404采用Co2+: MgF2晶体， 405为波长调谐元件。LD输出808nm泵浦光泵浦Nd: YV(U效片，并产生1342nm 激光，Co2+: MgF2晶体吸收1342nm激光，经调谐可实现1. 8 ~ 2. 4 ja m波段的激光 输出。由于Nd: YV04晶体在1. 8~2. 4jum波段的吸收很小,因此可将Nd: YV04 晶体与Co2+: MgF2晶体直接胶合形成图5所示结构的激光腔。图5所示为将双腔' 激光器合为一个激光腔的结构，其中膜S1为对人。增透，对？w、入2高反的膜， 膜S2为对入。、h高反，对入2部分透射的膜。这种结构对吸收截面较小的材料 亦可获得几乎全部吸收，获得^f艮高的泵浦吸收功率。
图5所示结构与图3、 4所示结构的区别在于第一种激光增益介质503对入 2激光的吸收大小。如503对入2激光无吸收或吸收可以;〖皮忽略时，可采用图3结构；如吸收较大时，则可采用图3或4所示结构，因为膜层S2阻止了入2激光进 入503介质。 实施实例5:
本发明亦可采用波导腔结构，由于波导腔结构将光束限制在微米量级范围 内传播以获得高光功率密度，因此大大降低了激光器的振荡阔值，结合本发明 双腔结构的波导激光器将更容易实现激光输出，结构如图6 (a)、图6 (b)、图6 (c) 所示。图6(a)为采用侧面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向相互垂直，图6(b) 为图6(a)的横截面，图6(c)为采用端面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向 相X平行。图6(a)中601为LD阵列，602为准直透镜，603A、 603B为光学衬底 材料，604为光胶膜，605为激光增益介质1， 606为激光增益介质2，其中604 的折射率低于605、 606的折射率形成波导腔，膜层S3与S4构成八激光谐振腔， 膜层Sl与S2构成入2激光谐振腔，其中膜S1为对入，、入2高反的膜，膜S2为 对入2透射的膜，膜S3为对入。、入i、入2高反的膜，膜S4为对入。增透，对入i、 入2高反的膜。
图6 (c)中膜层膜Sl为对入0;入l高反，对入2透过的膜；S2为对入0增透， 对入l、入2高反的膜。采用端面泵浦的结构，两个腔的激光振荡方向相互平行。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种微片式双腔激光器，包括泵浦光源、第一激光增益介质、第二激光增益介质，其特征在于所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质均是微片介质或超薄介质，并通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形成微片双腔结构；泵浦光源的光λ0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长光λ1作为第二激光增益介质的泵浦光，输出第二波长光λ2。
2、 一种^f鼓片式双腔激光器，包括泵浦光源、第一激光增益介质、第二激光 增益介质，其特征在于所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质与其它 光学衬底材料通过光胶、胶合或深化光胶粘结成一体，形成光波导结构；泵浦 光源的光入0泵浦所述的第一激光增益介质产生的第一波长光入1作为第二激光 增益介质的泵浦光，输出第二波长光入2。
3、 根据权利要求1或2所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的第 一激光增益介质前端镀对XO增透、对X1高反的膜，后端镀A1部分透过，对 入0、入2高反的膜，从而形成第一谐振腔；所述的第二激光增益介质后端镀对 入1高反、对入2部分透射的膜，而形成第二谐振腔。
4、 根据权利要求1或2所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的第 二激光增益介质后还光胶、胶合或深化光胶粘结有光学元件，所述的第一激光 增益介质前端镀对入O增透、对入l高反的膜，后端镀入l部分透过，对入0、入 2高反的膜，所述的光学元件后端镀对人l高反、对A2部分透射的膜。
5、 根据权利要求4所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的光学元 件是倍频晶体、标准具、调Q晶体等光学元件。
6、 根据权利要求1或2所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的第 一激光增益介质前端镀对对X Q增透，对人l、 A 2高反的膜，所述的第二激光 增益介质后端镀入O、入l高反，对入2部分透射的膜，将双腔合二为一。
7、 根据权利要求1-6任一权利要求所述的微片式双腔激光器，其特征在于 两个激光增益介质腔是振荡方向互相平行的谐振腔；所述的微片增益介质可为 摻杂不同激活离子的同种激光基质材料，也可为不同种类的激光基质材料。
8、 根据权利要求1-6任一权利要求所述的微片式双腔激光器，其特征在于 两个激光增益介质腔是振荡方向互相垂直的谐振腔；所述的微片增益介质可为 掺杂不同激活离子的同种激光基质材料，也可为不同种类的激光基质材料。
9、 根据权利要求1或2所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的泵 浦光源可为LD泵浦源或其它激光光源。
10、 根据权利要求9所述的微片式双腔激光器，其特征在于所述的泵浦 源可采用单个LD或LD阵列，并采用准直阵列准直或光纤耦合。
全文摘要
本发明涉及激光器领域，更涉及双腔激光器。本发明包括泵浦系统、光学耦合系统和微片式谐振腔，微片式谐振腔为双腔激光器结构，采用两片微片激光增益介质构成微片式结构或者采用波导结构的双腔。第一片增益介质的前端S1镀膜形成谐振腔1的前腔镜，S1膜为对λ₀增透、对λ₁高反膜；后端S2为腔1的后腔镜同时作为腔2的前腔镜，S2膜为对λ₁部分透过，对λ₀、λ₂高反膜；在第二片增益介质的后端S3镀膜形成谐振腔2的后腔镜，S3膜为对λ₁高反、对λ₂部分透射膜。利用激光增益介质吸收泵浦光λ₀产生波长为λ₁的激光，并作为泵浦源泵浦激光增益介质，产生波长为λ₂的激光。本发明可用于降低激光工作介质激光振荡阈值和提高泵浦光吸收效率。
文档编号H01S3/0941GK101431210SQ200810072340
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者凌吉武, 卢秀爱, 砺 吴, 陈燕平 申请人:福州高意通讯有限公司