专利名称：半导体激光器泵浦的中红外固体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全固态激光器，特别是一种半导体激光器泵浦的中 红外固体激光器。
背景技术：
日益发展的环境、工程、医学、生物和化学等学科，使得l 3nm超 短脉冲和金属掺杂晶体超宽带连续激光器获得了巨大的进步。金属离子 掺杂的超宽脉冲中红外固体激光器越来越多的应用在气体检测、遥感、 通信、眼科医学、神经外科等领域。超宽吸收波段的掺铬硒化锌Cr: ZnSe晶体具有一些很显著的特点 高的发射截面 m-1.3xl0"Scm2，可以忽略的激发态吸收，非常好的化学 和机械稳定性，与蓝宝石相近的热传导系数。这些特点使得这种材料作 为二极管直接泵浦的中红外激光器和放大器的增益介质有很大的潜力。 C,:ZnSe具有高的发射截面，短的辐射寿命，小的晶体分裂区域，其中 心波长在红外区域，在1.8pm附近有宽的吸收带，发射带宽在2 3.4pm 之间。Q^ZnSe激光器获得激光输出，泵浦光源的选择是至关重要的。因 为02+离子的吸收峰在1.75pm附近，而目前在这一波段能够提供有效泵 浦的激光器屈指可数，这些泵浦光源主要有调谐范围在1.6 2.1pm的 Q)2+:MgF2激光器，1.9 2.11im的掺Tm3+， Hc^+激光器，~1.6pm的掺铒 激光器， 1.6pm的NaCl: OH色心激光器， 1.6pm的拉曼频移Nd: YAG 激光器， 1.6pm的拉曼光纤激光器，1.6 1.9(xm的InGaAsP/InP半导体 激光器。目前半导体激光器阵列直接泵浦的Cr: ZnSe激光器面临一个显著的 矛盾直接使用半导体激光器泵浦时，国内可获得的半导体激光器波长
小于1.6萍，泵浦光在ZnSe晶体中的增益系数小，因而激光输出功率比 较低。而使用其它波长相对较大的激光器泵浦时，在功率提高的同时必 然导致激光器整体体积的增大而丧失其部分优势。发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种半导体 激光器泵浦的中红外固体激光器，该激光器应具有成本较低，结构简洁 的优点，有效地解决目前ZnSe激光器面临的矛盾。本实用新型的技术解决方案如卜一种半导体激光器泵浦的中红外固体激光器，在一光路上依次由半 导体激光器、聚焦透镜、输入镜、激光介质、输出镜组成，其特征在于 所述的激光介质是由掺铥铝酸钇(以下简称为Tm:YAP)晶体和掺铬硒 化锌(以下简称为Cr:ZnSe晶体键合在一起构成的键合晶体，所述的掺 铥铝酸钇晶体和掺铬硒化锌晶体的连接界面与该激光器谐振腔的轴线方 向成布儒斯特角。所述的掺铥铝酸钇晶体的输入端面镀增透膜<0.5%@790nm，含 义是该增透膜是中心波长在790nm，反射率小于0.5% (以下相同，恕 不重复)；所述的掺铬硒化锌晶体的输出端面镀增透膜 <0.5%@2400腿。所述的输入镜镀膜<0.5%@7^nm， >99.5%@W00nm&2400nm， 该膜层具有对7卯nm增透，反射率小于0.5% ，对1900nm和2400nm 波长高反，反射率大于99.5%。所述的输出镜镀高反膜99.5%@790nm& 1900nm， 95%@2400nm 。所述的键合晶体置于一半导体制冷模块中。所述的Tm: YAP晶体和Cr: ZnSe晶体的连接面，加工成布儒斯特角， 以保证Tm: YAP晶体产生的1900nm的激光充分进入Cr: ZnSe晶体里。
所述的布儒斯特角是根据布儒斯特定律确定的，光从折射率为n,的介质射向折射率为ri2的介质时，当入射角满足tanib-n2/n,时，即入 射角为布儒斯特角时，反射光就变为振动方向垂直于入射面的完全偏振 光，而折射光仍为部分偏振光。在输入镜上镀高反膜(99.5%@240011111)，在输出镜上镀高反膜 (95%@2400nm)，这样保证了波长2400nrn的激光在输入镜和输出镜之间 形成振荡。为保证240()nm波长激光在Cr: ZnSe晶体的出射，在晶体的 输出端面镀增透膜(<0.5%@2400!1111)。本实用新型与现有技术相比具有如下优点1、 可以直接使用普通波长790nm、 808nm的InGaAsP/InP半导体激 光器作为Cr: ZnSe晶体的泵浦源，而不必担心其波长在Cr: ZnSe晶体中 增益系数低的问题。2、 将掺杂Trn^的YAP晶体和掺杂Cr"的ZnSe晶体通过扩散键合 的方法连接在一起，实现了 1900nm和2400nm激光放大，泵浦光和激 光在同 』个谐振腔内振荡，使得激光器结构大大简化。3、 本实用新型具有结构简单、成本较低、光能利用率高等优点，有 效地提高了半导体激光器直接泵浦Cr: ZnSe激光器的输出功率。
图l，本实用新型实施例的激光器光路图。 图2，本实用新型实施例的晶体连接图。图3，本实用新型实施例中Tm:YAP晶体的三视图(正视、俯视、左 视图)。图4，本实用新型实施例中CnZnSe晶体的三视图(正视、俯视、左 视图)。图5，本实用新型实施例中的制冷模块立体图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限 制本实用新型的保护范围。先请参阅图l，图1是本实用新型实施例的激光器光路图。由图可 见，本实用新型半导体激光器泵浦的中红外固体激光器，在一光路上依次由半导体激光器l、聚焦透镜2、平面输入镜3、激光介质4、平面输 出镜5组成，其特征在于所述的激光介质4是由掺铥铝酸钇晶体和掺铬 硒化锌晶体键合在一起构成的键合晶体，掺铥铝酸钇晶体和掺铬硒化锌 晶体的连接界面与所述的谐振腔的轴线方向成布儒斯特角。将两块激光晶体连接面加工成特定角度的平面，使得1900nm的泵 浦光通过晶体界面时，大部分光通过折射进入Cr:ZnSe晶体中。1900nm 波长在Tm: YAP晶体中的折射率为m=1.9，在Cr: ZnSe晶体中的折射率 为n产2.4，根据布儒斯特定律入射角为tani^n2/n,，得到两块激光晶体 的键合面与轴线方向的夹角为38.4°， ZnSe晶体输出端面角度为76.7。， 激光垂直于Cr: ZnSe晶体端面出射。如图2所示。键合后的复合激光晶体两端面和输入、输出镜面上进行镀膜处理1. Tm: YAP晶体输入端面镀增透膜<0.5%@790nm2. Cr:ZnSe晶体输出端面镀增透膜<0.5%@2400nm3. 输入镜镀膜<0.5%@790nm， >99.5%@1900nm&2400nm4. 输出镜镀高反膜99.5%@790nm&1900nm， 95%@2400nm所述的键合晶体置于一半导体制冷模块中。使用半导体制冷模块对晶体进行冷却控温，代替了庞大的水冷系统使用两块半圆形槽紫铜热 沉，将晶体放置在中间的圆形槽中，热沉中打孔放置热敏电阻或热电偶 对晶体温度进行监测，热沉下方通过导热硅胶粘接热电制冷片，并通过螺钉与热端的散热片固定，如图5所示。键合晶体放置在圆形槽中，上 热沉6、下热沉7通过螺钉将晶体固定在中间，热电制冷片8对热沉进 行制冷，热量通过散热片9传输到周围空气中，热沉中放置热电偶IO
对晶体温度进行监测，并通过热电制冷控制器对热电制冷片进行控制，将晶体温度控制在2(TC附近。泵浦光源使用波长为7卯nm或808nm的 InGaAsP/InP半导体激光器阵列，输出功率40W，条形光斑经过透镜2 压縮后透过输入平面镜3聚焦到Tm: YAP晶体前端面，激励Tm: YAP 晶体中的Tm3+，得到1900nm的激光输出。该1900nm的激光作为Cr: ZnSe 晶体的泵浦光源，激励Cr"离子，得到2400mn波长的激光输出，从Cr: ZnSe晶体输出端面垂直出射，并在输出镜5和输入镜3之间振荡放大， 并可选择以1 10%比例的输出。
权利要求1、一种半导体激光器泵浦的中红外固体激光器，在一光路上依次由半导体激光器(1)、聚焦透镜(2)、平面输入镜(3)、激光介质(4)、平面输出镜(5)组成，其特征在于所述的激光介质(4)是由掺铥铝酸钇晶体和掺铬硒化锌晶体键合在一起构成的键合晶体，掺铥铝酸钇晶体和掺铬硒化锌晶体的连接界面与所述的谐振腔的轴线方向成布儒斯特角。
2、 根据权利要求l所述的中红外固体激光器，其特征是所述的掺 铥铝酸钇晶体的输入端面镀增透膜<0.5%@7%nm;所述的掺铬硒化 锌晶体的输出端面镀增透膜<0.5%@2400nm。
3、 根据权利要求1所述的中红外固体激光器，其特征是所述的输 入镜(3)镀膜<0.5%@790nm， >99.5°/。@1900nm&2400nm，所述的输出镜(5)镀高反膜99.5%@7%nm&W00nm， 95%@2400nm。
4、 根据权利要求1所述的中红外固体激光器，其特征是所述的键合晶体置于:半导体制冷模块中。
专利摘要一种半导体激光器泵浦的中红外固体激光器，在一光路上依次由半导体激光器、聚焦透镜、输入镜、激光介质、输出镜组成，其特征在于所述的激光介质是由掺铥铝酸钇(以下简称为Tm:YAP)晶体和掺铬硒化锌(以下简称为Cr:ZnSe晶体键合在一起构成的键合晶体，所述的掺铥铝酸钇晶体和掺铬硒化锌晶体的连接界面与该激光器谐振腔的轴线方向成布儒斯特角。本实用新型在保持ZnSe激光器结构简单的特点的同时有效地提高了输出功率。
文档编号H01S3/16GK201044327SQ200720069720
公开日2008年4月2日 申请日期2007年5月10日 优先权日2007年5月10日
发明者徐剑秋, 勇 杨 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所