专利名称：低噪声全固体蓝光激光谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全固体激光器，特别是一种低噪声全固体蓝光激光谐振腔。
技术背景半导体激光泵浦腔内倍频的小型蓝光激光器是一种有着很好前景的技术，其方 案是利用半导体激光器泵浦Nd: YAG，通过镀膜手段抑制1064nm和1319nm起振， 从而获得Nd3+W 946nm跃迁(4F3/2_4I9/2)的激光谱线，再用倍频晶体进行腔内倍 频，从而获得波长为473nm的蓝色激光输出。影响这种激光器应用的一个主要问题 是输出的瞬间起伏大，即噪声大。研究表明，该噪声主要缘于基频光多纵模在倍频 晶体内的和频效应，以及非偏振激光两个偏振分量的相互耦合。基于这个理论，消 除或减少激光器噪声的一个直接方法就是迫使激光器单频运转。目前已报道的选频 方法包括短腔选单纵模方法，如图l由半导体激光器l、耦合镜2、激光晶体3、倍频晶 体兼输出腔镜6组成；F-P标准具选单纵模方法，如图2由半导体激光器1、耦合镜2、激光晶体3、 标准具15、倍频晶体6、标准具16、输出腔镜7组成；正交偏振模选单纵模方法，如图3由半导体激光器1、耦合镜2、激光晶体3、 倍频晶体6、 1/4波片17、输出腔镜7组成；双折射滤波片选单纵模方法，如图4由半导体激光器1、耦合镜2、激光晶体3、 偏振片18、石英晶体全波片5、倍频晶体6、输出腔镜7组成；行波腔选单纵模方法，如图5由半导体激光器1、耦合镜2、输入腔镜19、激光 晶体3、 1/2波片20、 TGG法拉第旋转器21、反射镜22、反射镜23、倍频晶体6、 输出腔镜7组成。短腔法选单纵模方法需要限制腔长，这就限制了腔内激光晶体、倍频晶体和其 他各种元件的尺寸，从而使输出功率很小且运行方式单一，只适合应用于微芯片激 光器中；F-P标准具选单纵模方法一般需要同时插入两个标准具才能达到理想选频效 果，这就使得损耗过大，从而限制了激光转化效率；正交偏振模选单纵模方法消除 模式耦合的能力欠佳，长期工作稳定性不够；双折射滤波片法抑制多纵模运转的能 力有限，单频运转的稳定性欠佳；行波腔法结构过于复杂，调整难度高，不适合批 量生产。发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于半导体激光泵浦腔内倍频的低噪声全固 体蓝光激光谐振腔，以便更好的解决其噪声问题。 本实用新型的技术解决方案如下一种低噪声全固体蓝光激光谐振腔，包括半导体激光器和沿该半导体激光器发 出的泵浦光方向同光轴地依次设置的耦合镜、激光晶体、I类相位匹配倍频晶体、 输出腔镜，其特征是在所述的激光晶体和I类相位匹配倍频晶体之间放置有标准具 和石英晶体全波片，所述的激光晶体左端面镀有对泵浦光的减反膜和对基频光的高 反射率的多层介质膜，右端面镀有对基频光的减反介质膜，所述的输出腔镜左端面镀有对基频光的高反射率的介质膜，右端面镀有对倍频光的减反膜，所述的激光晶 体的左端面和输出腔镜之间构成了激光谐振腔；所述的石英晶体全波片与I类相位 匹配倍频晶体构成双折射滤波片，所述的石英晶体全波片、I类相位匹配倍频晶体 和标准具都镀有对基频光的减反膜。 该谐振腔工作过程如下由半导体激光器发出泵浦光通过耦合镜入射激光晶体，所激发出来的荧光在激 光晶体左端面和输出腔镜组成的谐振腔内振荡产生多纵模基频光；对基频光起偏振 作用的I类相位匹配倍频晶体和石英晶体全波片构成了双折射滤波片，I类相位匹 配倍频晶体、石英晶体全波片与标准具共同作用抑制掉该基频光的中心模之外的多余纵模成分，仅保留中心模，使基频光呈单纵模形式振荡；单纵模基频光经过倍频 晶体6的非线性倍频作用后形成单纵模倍频光输出。本实用新型的原理如下应用F-P标准具选频，F-P标准具的透射率是随波长而变化的，F-P标准具的透射率为式中R为F-P标准具的表面反射率；3 = ^*2Wcose为由F-P标准具表面反射的相邻两光束的相位差;入为入射激光真空中的波长；d为F-P标准具厚度；n为F-P标准具d折射率；e为F-P标准具内光线的折射角。F-P标准具自由光谱区范围为
2m(/ cos(—) 其中a为标准具倾斜角度。
通过选择合适的R， d和a，使自由光谱区和入射激光增益线宽基本一致，并使 增益线宽内只含两个透过率最大值，则该标准具起到了限制入射激光带宽的作用。 同时，I类相位匹配倍频晶体对入射激光有起偏作用，可以看成是一个光学偏振片， 它和石英晶体全波片构成了双折射滤光片。入射激光经过该倍频晶体后成为线偏振 光，该线偏振光经过石英晶体后被分解为o光和e光，该o光和e光在石英晶体内 往返一次的相位差为5 = 4;r/("。- )/;i，
式中/为石英晶体厚度，no和ne为不同纵模对应下o光和e光在石英晶体中 的折射率，X为入射激光真空中的波长。只有满足5:/n;r (m为正整数)的纵模，
返回到偏振片的光的偏振方向与原偏振方向相同的纵模，该偏振片对其损耗才为零。 偏振片对其他纵模存在不同程度的损耗，也就抑制了这些纵模，达到了选频效果。
本实用新型同时考虑了结构较为简单，腔内损耗不能过大和单纵模稳定工作等 低噪声激光谐振腔设计需求，本实用新型优点在于
(1) 相对于行波腔法来说，结构较为简单，总共只插入两个额外光学元件，且 同样能圆满完成低噪声长期稳定输出要求，这使得激光器的批量生产成为可能；
(2) 相对于短腔法来说，由于对腔长没有要求，故而能够放置更多光学元件， 更长的激光晶体和倍频晶体等，从而可以提高输出功率；
(3) 相对于正交偏振法和双折射滤波法来说，结构上并没有复杂多少，但本实 用新型结合了标准具和双折射滤波片的选频效果，使得单纵模输出更加稳定，能够 满足实际需要；
(4) 相对于F-P标准具方法来说，由于只采用1个标准具，在选频效果类似的 情形下有效降低了损耗，而且降低了激光器调整难度，这就体现出更好的综合效果。
图1是背景技术中短腔法选频的半导体激光泵浦腔内倍频低噪声全固体蓝光激 光谐振腔示意图
图2是背景技术中F-P标准具法选频的半导体激光泵浦腔内倍频低噪声全固体 蓝光激光谐振腔示意图
图3是背景技术中正交偏振模法选频的半导体激光泵浦腔内倍频低噪声全固体 蓝光激光谐振腔示意图
图4是背景技术中双折射滤波法选频的半导体激光泵浦腔内倍频低噪声全固体
蓝光激光谐振腔示意图
图5是背景技术中行波腔法选频的半导体激光泵浦腔内倍频低噪声全固体蓝光 激光谐振腔示意图
图6是本实用新型实施例装配示意图具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
请参阅图6，图6是本实用新型一个实施例的装配示意图，由图可见，本实用 新型低噪声全固体蓝光激光谐振腔，包括半导体激光器1和沿该半导体激光器1发 出的泵浦光方向同光轴地依次设置的耦合镜2、激光晶体3、 I类相位匹配倍频晶体 6、输出腔镜7，其特征是在所述的激光晶体3和I类相位匹配倍频晶体6之间放置 有标准具4和石英晶体全波片5，所述的激光晶体3左端面镀有对泵浦光的减反膜 和对基频光的高反膜，右端面镀有对基频光的减反膜，所述的输出腔镜7左端面镀 有对基频光的高反膜，右端面镀有对倍频光的减反膜，所述的激光晶体3的左端面 和输出腔镜7之间构成了激光谐振腔；所述的石英晶体全波片5与I类相位匹配倍 频晶体6构成双折射滤波片，所述的石英晶体全波片5、 I类相位匹配倍频晶体6 和标准具4都镀有对基频光的减反膜。
所述的半导体激光器l、耦合镜2、激光晶体3、标准具4、石英晶体全波片5、 I类相位匹配倍频晶体6、激光输出腔镜7依次分别安装在激光器壳体8和置于该 激光器壳体8内的耦合镜支架9、激光晶体支座10、标准具支座11、全波片支座12、 倍频晶体支座13、输出腔镜支座14上。
半导体激光器1采用808nm波长输出的半导体激光器单元；耦合镜2采用焦距 合适的聚焦透镜，用胶固定在铝合金制成的耦合镜支座9上。
激光晶体3为Nd:YAG晶体，该晶体左端面镀有对808nm泵浦光的高透介质膜 (HT8Q8>95%)和946nrn基频光的高反介质膜(HR946>99.5%),同时对1064nrn和 1319nm高透(HT1()64, 1319>70% )，并作为激光谐振腔的左端；该晶体右端面镀有对 946nm高透的介质膜(HT946>95%)，激光晶体3用导热胶固定在铝合金制成的激光 晶体支架10上面。
F-P标准具4主要是由两块精密的平面玻璃板和板间的间隔圈组成。间隔圈由膨 胀系数很小的熔融石英材料精加工而成。标准具用胶固定在铝合金制成的标准具支 架11上，如前文所述，其表面反射率、倾斜角度和厚度决定了选模效果，在表面反
射率和厚度决定的情况下，可用螺丝对标准具角度进行微调以使其符合最佳选模效 果。石英晶体全波片5两表面镀有946nm的高透膜(HT946>95%)，并用胶固定在铝 合金制成的全波片支架12上。
I类相位匹配倍频晶体6为三硼酸锂(LBO)晶体，两表面镀有946nrn和473nm 的高透膜(HT946>95% ， HT473>95%)。倍频晶体6对946nm激光还起着偏振片的 作用，与石英晶体全波片5结合发挥双折射滤波片的选频效果。该倍频晶体6用导 热胶固定在铝合佥制成的倍频晶体支架13上。
输出腔镜7的左端凹面镀有946nm高反膜(HR946>99.5%)和1064nm、 1319nm、 473nm的减反膜(ARk)m. 1319< 30%，AR473<10%)，并作为激光谐振腔的右端，组成 平凹腔；右端的平面镀473nm减反膜(AR473<10%)。输出腔镜7用胶固定在铝合金 制成的输出腔镜支架14上。
半导体激光器1、耦合镜支架9、激光晶体支座10、标准具支座11、全波片支 座12、倍频晶体支座13、输出腔镜支座14都固定在铝合金制成的激光器壳体8上。
该谐振腔工作过程如下-
由半导体激光器1发出泵浦光通过耦合镜2入射激光晶体3，所激发出来的荧光 在激光晶体3左端面和输出腔镜7组成的谐振腔内振荡产生多纵模基频光；对基频 光起偏振作用的I类相位匹配倍频晶体6和石英晶体全波片5构成了双折射滤波片， I类相位匹配倍频晶体6、石英晶体全波片5与标准具4共同作用抑制掉该基频光 的中心模之外的多余纵模成分，仅保留中心模，使基频光呈单纵模形式振荡；单纵 模基频光经过倍频晶体6的非线性倍频作用后形成单纵模倍频光输出。
权利要求1、低噪声全固体蓝光激光谐振腔，包括半导体激光器(1)和沿该半导体激光器(1)发出的泵浦光方向同光轴地依次设置的耦合镜(2)、激光晶体(3)、I类相位匹配倍频晶体(6)、输出腔镜(7)，其特征是在所述的激光晶体(3)和I类相位匹配倍频晶体(6)之间放置有标准具(4)和石英晶体全波片(5)，所述的激光晶体(3)左端面镀有对泵浦光的减反膜和对基频光的高反射率的多层介质膜，右端面镀有对基频光的减反介质膜，所述的输出腔镜(7)左端面镀有对基频光的高反射率的介质膜，右端面镀有对倍频光的减反膜，所述的激光晶体(3)的左端面和输出腔镜(7)之间构成了激光谐振腔；所述的石英晶体全波片(5)与I类相位匹配倍频晶体(6)构成双折射滤波片，所述的石英晶体全波片(5)、I类相位匹配倍频晶体(6)和标准具(4)都镀有对基频光的减反膜。
2、 根据权利要求l所述的低噪声全固体蓝光激光谐振腔，其特征在于所述的半 导体激光器(1)、耦合镜(2)、激光晶体(3)、标准具(4)、石英晶体全波片(5)、I类相位匹配倍频晶体(6)、激光输出腔镜(7)依次分别安装在激光器壳体(8) 和置于该激光器壳体(8)内的耦合镜支架(9)、激光晶体支座(10)、标准具支座 (11)、全波片支座(12)、倍频晶体支座(13)、输出腔镜支座(14)上。
3、 根据权利要求1所述的低噪声全固体蓝光激光谐振腔，其特征在于所述的标 准具(4)的厚度d、表面反射率R及激光入射角度a满足下列两个关系式①F-P标准具的透射率<formula>formula see original document page 2</formula>， 入射激光增益线宽<formula>formula see original document page 2</formula>式中5 = ^*2^/0)3<9为由F-P标准具表面反射的相邻两光束的相位差; 义入为入射激光真空中的波长； n为F-P标准具d折射率； 6为F-P标准具内光线的折射角。 c为真空中的光速。
专利摘要一种适用于I类相位匹配倍频晶体腔内倍频的低噪声全固体蓝光激光谐振腔，包括半导体激光器和沿该半导体激光器发出的泵浦光方向同光轴地依次设置的耦合镜、激光晶体、I类相位匹配倍频晶体、输出腔镜，其特征是在所述的激光晶体和I类相位匹配倍频晶体之间放置有标准具和石英晶体全波片。该谐振腔同时采用了标准具和双折射滤波片两种选频器件，提高了输出的稳定性，有效降低了倍频激光噪声。
文档编号H01S3/16GK201044328SQ200720069988
公开日2008年4月2日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日
发明者朱健强, 震 郭 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所