专利名称：一种微片激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光领域，尤其涉及微片式激光器。
背景技术：
短程吸收是激光器实现单纵模运转的方法之一，其是基于消除空间烧孔而采用的 方法。对于驻波腔激光器，激光工作物质的一个端面作为泵浦端人射镜面时，在介质有效增 益带宽内，谐振腔内所有可能存在的纵模驻波在泵浦端截面上有一个共有的节点。在离镜 面很近的区域内，所有腔纵模的驻波波形基本上是空间同相的，因而几乎都有相同的反转 粒子数。若泵浦光在此短程内被吸收，则具有最高受激发射截面的纵模首先起振，使反转粒 子数饱和及增益线下降，这就抑制了其他纵模的振荡，使激光器运行在单纵模状态。一般的单纵模微片激光器因腔长随温度变化而改变，容易出现频率漂移现象。这 要求对整个微片进行精确温控，因而对温控系统以及微片散热系统提出了很高的要求。对 于微片激光腔来说，散热系统以及温控系统所能达到的精度都是非常有限的，而且高精度 的散热系统以及温控系统是非常昂贵的。美国专利说明书US 7016097利用一种晶体材料NaBi (McvxWxO4)2制作标准具。 由于这种晶体材料的热膨胀系数(CTE)和热光系数(dn/dT)可互补，从而可获得FOM = CTE+(l/n)*(dn/dT)值很小或为零的光学标准具。如当χ = 0.25，温度T = 19°C时， NaBi (Moa75Wa25O4)2晶体的FOM值为零。当这种晶体中掺杂浓度χ不同时，其FOM值可在一 定温度范围内随温度做线性变化，获得FOM值为正、负或零值的晶体材料。因而使用该材料 制作的标准具在一定温度范围内对温度变化不敏感，这将大大有利于其在光学系统中的应 用。图1是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶体的x值与FOM值的关系曲线图。可见，25 °C时 NaBi (MoO4) 2 晶体的 FOM 值约为 _2ppm/K ；NaBi (WO4) 2 晶体的 FOM 值约为 5. 5ppm/K。如 果选择适当的激活离子掺杂NaBi (McvxWxO4)2晶体，或将激活离子掺杂的NaBi (MoO4)2晶 体与NaBi (WO4)2晶体配合使用，通过晶体自身或两个晶体间特有的性质，将获得FOM = CTE+(1/n)* (dn/dT)值很小或为零的特性。此类晶体可用于对抗由于微片的温度变化 而引起的波长漂移，这无疑将获得波长稳定性很高的激光器。其中采用激活离子掺杂 RE:NaBi (McvxWxO4)^0体获得FOM值很小或为零的方法已申请了专禾lj，可以参见专利申请号 为 “201010019476. 1” 的中国发明。该 NaBi (McvxWxO4)2、NaBi (WO4)2 或 NaBi (MoO4)2 晶体的 结构相似，均为四方结构，并均可采用提拉法生长大尺寸、高质量的晶体。
实用新型内容本实用新型的正是基于这种晶体的特性，提出一种波长高度稳定的单纵模激光器 或多纵模激光器，或采用短程吸收法获得中低功率单纵模输出且其波长高度稳定的单纵模 激光器。本实用新型的技术方案是[0008]本实用新型的微片激光器，是激光泵浦光源经过光学耦合系统泵浦的微片式激光 腔，该微片激光腔是将RE:NaBi (MoO4)2晶体的激光增益介质和NaBi (WO4)2晶体的光学材料 加工成的微片结构采用胶合、光胶或深化光胶方式粘结为一体，并在两个晶体微片的通光 面镀膜以形成激光腔镜。其中RE:NaBi (MoO4)2晶体的FOM值为负值，NaBi (WO4)2晶体的FOM 值为正值(F0M = CTE+(l/n)*(dn/dT)，CTE是热膨胀系数，dn/dT是热光系数)。合理地选 择两者的厚度可使两者的FOM值之和刚好等于零或接近于零。其中的激活离子RE为Nd3+、 Yb3+、Er3+或Cr3+、Cr4+等一类具有激光激活特性的离子。或者，采用RE:NaBi(MOl_xWx04)2晶体微片，其厚度小于短程吸收产生单纵模所 允许的最长厚度，如此，即使泵浦功率加大，亦可实现单纵模输出。并将其和一定厚度的 NaBi (McvxWxO4) 2晶体微片配合使用。通过选择合适的χ值，使RENaBi (Mo1^ffxO4) 2晶体微片 和NaBi (McvxWxO4)2晶体微片的FOM均为零或接近于零，从而制作波长高度稳定的单纵模激光器。或者，所述的激光增益介质为RE = NaBi(WO4)2晶体微片，所述的光学材料为 NaBi(MoO4)2晶体微片。或者，所述的激光增益介质为RE = NaBi(WO4)2晶体微片，所述的光学材料为 RE NaBi (MoO4) 2 晶体微片。所述的激活离子RE可以是Nd3+、Yb3+、Er3+及Cr3+掺杂对NaBi (MoO4) 2晶体作为激 光增益介质，Cr4+掺杂的NaBi (WO4) 2晶体用作被动调Q元件，且二者的总FOM值亦为零或接 近于零，制作波长稳定的脉冲激光器。进一步的，利用所述的激光增益介质微片、光学材料微片与KTP，LBO等非线性晶 体微片配合使用，通过调整激光增益介质微片与光学材料微片的长度比例、X值的大小、晶 体温度、晶体长度与所述非线性晶体微片的长度比例以及其它的光学元件来获得波长稳定 性更高的其它结构微片的激光输出。本实用新型采用如上技术方案，实现了一种结构简单、成本低廉且温度控制稳定 的波长高度稳定的单纵模激光器或多纵模激光器。
图1是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶体的x值与FOM值的关系曲线图；图2是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶体的温度t值与FOM值的关系曲线图；图3是本实用新型的第一种实施例结构示意图；图4是本实用新型的第二种实施例结构示意图；图5是本实用新型的第三种实施例结构示意图；图6是本实用新型的第四种实施例结构示意图；图7是本实用新型的第五种实施例结构示意图；图8是本实用新型的第六种实施例结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。本实用新型是激光泵浦光源经过 学耦合系统泵浦的微片式激光腔，该微片激
4光腔是采用激活离子掺杂的NaBi (MoO4)2晶体与未掺杂的NaBi (WO4)2晶体配合；或激活 离子掺杂的NaBi (WO4)2晶体与未掺杂的NaBi (MoO4)2晶体配合；或采用掺杂相同激活离 子的NaBi (WO4) 2和NaBi (MoO4) 2晶体配合；或采用激活离子掺杂的NaBi (Mo1^ffxO4) 2和 NaBi(McvxWxO4)2晶体配合使用，加工成的微片结构采用胶合、光胶或深化光胶方式粘结为 一体，并在两个晶体微片的通光面镀膜以形成激光腔镜，而制作的微片激光器。通过合理 地选择激活离子掺杂晶体及未掺杂晶体的厚度，使两者的FOM值之和刚好等于零或接近于 零。由此获得低温度敏感系数的组合结构，制作波长高度稳定的单纵模激光器。当采用短 程吸收法制作激光器时，各种激活离子掺杂晶体的厚度均小于短程吸收产生单纵模所允许 的最长厚度，从而获得单纵模运转。参阅图1和图2所示是NaBi (McvxWxO4)2晶体的特性曲线图。由图可见，25 V时 NaBi (MoO4)2晶体的FOM值约为_2ppm/K ；NaBi (WO4)2晶体的FOM值约为5. 5ppm/K。本实用 新型采用激活离子掺杂的NaBi (MoO4) 2晶体与未掺杂的NaBi (WO4) 2晶体配合使用，通过两个 晶体间特有的性质，从而获得F0M = CTE+(l/n)*(dn/dT)值很小或为零的特性。并用此晶 体结构制作波长稳定性很高的微片激光器。下面以掺杂稀土离子Nd3+的实施例进行说明，并通过不同激光晶体材料的比较展 示出本实用新型的优势对于一般的采用Nd = YVO4作为增益介质的单纵模激光器，其FOM = 5. 77ppm/°C, 单纵模激光器波长随温度的漂移量cU/dT= XXFOM。对于1064nm激光cU/dT =6. lX10_3nm。如果温度控制精度到0. 01°C，则激光器的输出波长漂移能够稳定在 6. lXl(T5nm 范围内。而如果采用本实用新型的NchNaBi (MoO4)2晶体与未掺杂的NaBi (WO4)2晶体配合使 用，通过控制两片晶体的厚度值，使其FOM 0，而且从图2可以看到FOM随温度的变化量大 概为0. 025ppm/°C，因此在同样的温度控制精度0. 01°C时，1064nm激光输出波长漂移能够 稳定在2. 5 X Ι Γηπι范围内，显然波长稳定性提高两个数量级。同时，此种晶体结构还可以与KTP等非线性晶体配合使用，KTP等非线性晶体的 FOM—般为正值，我们可以通过改变两片晶体的厚度来调节其FOM值，使其小于0，或者改变 χ值使得FOM值为负值，或者通过改变晶体温度使其FOM值为负值，使其可以用来补偿KTP。 这样我们就可以在不增加其他补偿晶体的情况下，通过调整χ值、晶体温度、晶体长度与非 线性晶体的长度比例来获得波长稳定性更高的其他波长激光输出。如图3所示，301为激光增益介质NchNaBi (MoO4)2晶体，其厚度为dl，光轴方向与 晶体表面平行；302为光学材料NaBi (WO4)2晶体，其厚度为d2，光轴方向亦与表面平行；Sl 面镀有对泵浦光增透、对振荡光高反的膜层，S2面镀有对泵浦光高反、对振荡光部分透射的 膜层。晶体微片301与晶体微片302通过胶合、光胶或深化光胶结为一体。如图4所示，401为激光增益介质NchNaBi (WO4)2晶体，其厚度为d3，光轴方向与晶 体表面平行；402为光学材料NaBi (MoO4)2晶体，其厚度为d4，光轴方向亦与表面平行。如图5所示，501为激光增益介质NchNaBi (WO4)2晶体，其厚度为d5，光轴方向与晶 体表面平行；502亦为激光增益介质NchNaBi (MoO4)2晶体，其厚度为d6，光轴方向亦与表面 平行。如图6所示，601为激光增益介质NchNaBi (MoO4)2晶体，其厚度为dl，光轴方向与晶体表面平行；602为被动调Q晶体Cr4+ = NaBi (WO4)2晶体，其厚度为d2，光轴方向亦与表面 平行。如图7所示，701为增益介质NchNaBi (MoO4)2晶体，其厚度为dl ；702为光学材料 NaBi (WO4)2晶体，其厚度为d2 ；703为KTP晶体，S3面镀对泵浦光增透，对基波光、倍频光高 反的膜，S4面镀对泵浦光、基波光高反，对倍频光部分透射的膜层。如图8所示，801为激光增益介质薄片NchNaBi(McvxWxO4)2晶体，其厚度小于 短程吸收产生单纵模所允许的最长厚度，802为未掺杂的NaBi(McvxWxO4)2晶体。且 NdiNaBi (McvxWxO4)2晶体和NaBi (McvxWxO4)2晶体的FOM值均为零或接近于零。从而制作波 长高度稳定的单纵模激光器。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，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实用新型的精神和范围内，在形式上和细节 上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求一种微片激光器，是激光泵浦光源经过光学耦合系统泵浦的微片式激光腔，其特征在于该微片激光腔是将RE:NaBi(MoO4)2晶体的激光增益介质和NaBi(WO4)2晶体的光学材料加工成的微片结构采用胶合、光胶或深化光胶方式粘结为一体，并在两个晶体微片的通光面镀膜以形成激光腔镜。
2.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶体的激 光增益介质可以替代为RE:NaBi (MOl_xWx04)2晶体，所述的NaBi (W04)2晶体的光学材料可以 替代为 NaBi (MOl_xWx04)2 晶体。
3.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶体的激 光增益介质可以替代为RE:NaBi (W04)2晶体，所述的NaBi (W04)2晶体的光学材料可以替代为 NaBi(Mo04)2 晶体。
4.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶体的激 光增益介质可以替代为RE:NaBi (W04)2晶体，所述的NaBi (W04)2晶体的光学材料可以替代为 RE:NaBi(Mo04)2 晶体。
5.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的微片激光腔可以插入非线 性晶体微片结构。
6.根据权利要求5所述的微片激光器，其特征在于所述的非线性晶体微片结构是KTP 微片或LB0微片。
专利摘要本实用新型涉及激光领域，尤其涉及微片式激光器。本实用新型的微片激光器，是激光泵浦光源经过光学耦合系统泵浦的微片式激光腔，该微片激光腔是将RE:NaBi(MoO4)2晶体的激光增益介质和NaBi(WO4)2晶体的光学材料加工成的微片结构采用胶合、光胶或深化光胶方式粘结为一体，并在两个晶体微片的通光面镀膜以形成激光腔镜。本实用新型实现了一种结构简单、成本低廉且温度控制稳定的波长高度稳定的单纵模激光器或多纵模激光器。
文档编号H01S3/06GK201674108SQ20102022077
公开日2010年12月15日 申请日期2010年6月3日 优先权日2010年6月3日
发明者凌吉武, 卢秀爱, 吴砺, 贺坤, 陈卫民, 陈燕平 申请人:福州高意通讯有限公司