专利名称：一种半导体泵浦激光器结构的制作方法
技术领域：
本新型涉及一种半导体泵浦激光器结构，特别涉及一种利用光纤耦合泵浦光的微型化半导体泵浦激光器结构。
半导体泵浦的激光器微型化一直是人们兴趣重点之一。采用光纤耦合泵浦光已成为一种实用化的技术。人们已采用了利用光纤出光点直接泵浦微片型激光器，参见Microchip Lasers create light insmall spaces(J.J.Zay how ski,《Laser Focus world April》,1996,P73)，该结构主要应用高渗杂的Nd:YAG激光器。采用单模光纤端面直接泵浦有明显优点，光纤出光点仅几个μm，它如直接进入激光器增益介质，它的数值孔径小，对高渗杂激光介质有吸收深度浅点特点，则泵浦点完全在激光腔基模体积中，而且光纤输出泵浦光在激光介质中泵浦光模场严格对称均匀，回避其它耦合方式令人烦恼泵浦模场不均匀缺点，这样易产生稳定单模激光输出；同时由于采用了光纤输出泵浦使产生泵浦光LD激光器与激光腔分离，这样一方面可减小激光器体积；最重要的是在微型化激光消除了LD激光器作为最大热源对微型激光整个激光器升温而产生激光输出不输定因素。对微型激光即使整体制冷，如LD激光器存在其中，必须加大致冷功率，增加散热片体积而使微型激光体积很难真正实现所需微型化。
如上所示，人们目前这方面工作仅用于Nd:YAG激光器上。在连续泵浦激光器中，微型化激光器最好激光介质是高掺杂的Nd:YVO4，因为它吸收系数大和吸收泵浦光受温度影响小，或者说它的温度范围大得多。
但单模光纤偏振态极易受外界扰动而变化。即使是保偏光纤也不一定能保证偏振方向固定，尤其在微型激光器应用在可活动的场所，弯曲等等形变产生压力亦可能改变保偏光纤的偏振态，众所周知，对Nd:YVO4这类双折射晶体激光介质，其吸收随泵浦光的偏振方向不同而不同，换句话来讲，当光纤受扰动，其泵浦光偏振态将改变，激光器介质吸收也随之改变，从而使半导体泵浦激光输出功率处在不稳定状态。
本新型的目的在于为解决单模光纤输出泵浦光应用于双折射晶体类激光介质中而设计一种新型激光器结构。
为了实现上述目的，本新型采用如下结构，由光纤准直器、双折射晶体、1/2波片、自聚焦透镜构成耦合系统，其中能将泵浦光准直成平行光的光纤准直器位于激光发生器的发出端，能使平行光泵浦分裂为两束相互平行且偏振态相互垂直能空间分开o光和e光的双折射晶体位于光纤准直器的出光端，能使从双折设晶体相互垂直的泵浦光变成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于双折射晶体出光端，且仅能接收双折射晶体的一束光，自聚焦透镜位于能使同一偏振方向两束平行泵浦光再聚到同一焦点的位置上。激光振荡腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔体。
本新型由于对泵浦光采用同偏振处理，则它泵浦到激光介质上泵浦光偏振方向是唯一的，所以无论连续泵浦源光纤怎样被扰动，它的偏振态怎样变化，但在泵浦光在激光介质上偏振是唯一，这样对象Nd:YVO4这类双折射晶体激光介质，激光介质对泵浦光吸收功率不会因泵浦光偏振改变而产生很大功率跳跃；即使对象Nd:YAG这样均匀介质激光增质晶体，由于泵浦光在其泵浦点上偏振态是单一，亦会产生单一偏振基输出，而不会随泵浦光偏振改变而输出不同偏振光，这在一些特殊用途激光器中这亦非常重要。
本新型的微型激光器具有体积小，可采用各种激光介质，包括各向同性和各自异性激光增益介质，并成功解决单模光纤输出偏振态随机带来各向异性激光增益产生激光功率随起伏困境；同时保持了光纤输出泵浦光隔离了LD激光器作为热源优点。该结构易产生单频输出激光。由于其体积小，易于功率稳定，在测量，仪器指示等其它方面有望有较大的应用。
下面结合实例说明
图1为本新型光路图图2为常用的激光腔结构图图3为常用的激光腔结构图图4为常用的激光腔结构图图5为常用的激光腔结构图图6为本新型结构图本专利光路图如图1所示，101为单模光纤准直器，106为带隔离器的光纤耦合输出的LD激光器；激光从光纤107进入准直器101,102为双折射晶体，其作用是将从准直器101输出随意偏振的平行光分裂为两个固定方向相互平行的O光和e光。而且O光和e光实现空间分离，偏振态相互垂直。103为相对泵浦光波长为1/2波片，其光轴与e光偏振方向相对为45°，使e光转动90°，产生与O光相同偏振方向的光束，或直接加法拉第旋转片转动偏振方向90，最终使从双折设晶体相互垂直的泵浦光变成同一偏振方向相互平行泵浦光。104为透镜，它将两束相互平行相同偏光光泵浦聚焦会聚在同一焦点，并使其聚焦在出激光介质中。105为微式激光器振荡腔。从104会焦的光进入激光振荡腔激光增益介质中。
105的激光振荡腔通常有图2，图3，图4、图5几种结构形式。由于激光器谐振结构不是本专利讨论重点，这里只是简单描述一下，图2为微片式激光器，S1面与S2表相互平行，S1表面镀在泵浦光高增透膜，同时对激光腔产生的激光波长高反射率膜，而S2面对激光振荡波长部分反射，部分透射，而201本身则是激光增益介质。这为平一平腔激光器。
图3中，301为光增质介质，302为信频晶体，S1∥S2S3∥S4,面相互平行构成激光振荡腔，S1面面对泵浦光，它对激光振荡波长高反，S4面对基频光高反，但对倍频光增透，S2、S3均对基频光和倍频光双增透频繁，图3为平平腔激光器。
图4中，401为凹面反射镜，S1面为对泵浦光增透，对基波长高反，402为激光增益介质，403为普通光学玻璃时，S2对基波波长部分透射，构成平凹腔基波波长激光器；当403为一倍频晶体时，S2则对基波高反，对倍频光增透，则整个激光腔体产生倍频光。图5中，501为激光增益介质，S1面对泵浦光增透，对基波高反，503为平凹反射镜，当502为倍频晶体时，S2面对基波高反，对倍频光增透，从而构成平凹腔倍频激光振荡；当502不存在时S2则对基波部分透射，从而构成基波谐振腔。
还有其他种类微型谐振腔，本专利不再叙述。
图6为本新型机械结构图，随不同激光振荡腔稍有差别。这里仅介绍一种最简单半导体泵浦的平平腔倍频激光器结构，如图6所示。
图6中，601为准直器，602为金属基座，603为双折射晶体，604为波片，605为固定透镜的金属基座，608为透镜(可直接采用0.25自聚焦透镜，使透镜表面与增益介质前端面相接触)，606为激光增质介质，607为倍频晶体，606与607构成平-平腔微片腔内倍频激光腔，晶体光学件均直接贴结在金属基座602上。这样可构成半导体泵浦腔内倍频激光器。这个微型激光器较小尺寸可控制在3*3*30左右。图6结构可单独作为一个器件，亦可在整个激光腔体加一层外套。但尺寸均很小。
权利要求1．一种半导体泵浦激光器结构，其特征在于是由LD激光器、激光振荡腔、以及由光纤准直器、双折射晶体、1/2波片、自聚焦透镜构成的耦合系统组成，其中能将泵浦光准直成平行光的光纤准直器位于激光发生器的发出端，能使平行光泵浦分裂为两束相互平行且偏振态相互垂直能空间分开o光和e光的双折射晶体位于光纤准直器的出光端，能使从双折设晶体相互垂直的泵浦光变成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于双折射晶体出光端，且仅能接收双折射晶体的一束光，自聚焦透镜位于能使同一偏振方向两束平行泵浦光再聚到同一焦点的位置上。
2．根据权利要求1所述的一种半导体泵浦激光器结构，其特征在于激光振荡腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔体。
专利摘要一种半导体泵浦激光器结构,是由LD激光器、激光振荡腔、以及由光纤准直器、双折射晶体、1/2波片、自聚焦透镜构成的耦合系统组成。本新型本微型激光器可采用各种激光介质,包括各向同性和各自异性激光增益介质,并成功解决单模光纤输出偏振态随机带来各向异性激光增益产生激光功率随起伏困境；同时保持了光纤输出泵浦光隔离了LD激光器作为热源优点。由于其体积小,易于功率稳定,在测量,仪器指示等其它方面有望有较大的应用。
文档编号H01S3/0941GK2453579SQ0024119
公开日2001年10月10日 申请日期2000年11月27日 优先权日2000年11月27日
发明者吴砺, 凌吉武, 李保华, 吴秀榕, 林彤 申请人:福建华科光电有限公司