一种环形腔激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及激光器领域，公开了一种环形腔激光器，包括激励源、半导体增益介质和谐振腔，其中，半导体增益介质的前端面为谐振腔的前腔镜；所述谐振腔还包括一实现单向传输、单纵模输出的环形腔。该结构使得往返的光方向分离，最终再次返回半导体增益介质内，形成环形腔结构，以有效提高激光转换效率，实现稳定高效的单纵模激光输出，并且降低了工艺制作难度。
【专利说明】 一种环形腔激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种环形腔激光器。
【背景技术】
[0002]采用环形腔激光谐振腔是获取单纵模激光的有效方式，而一般的环形腔激光器的增益介质均采用光泵浦的方式实现对增益介质的激励，这种情况下光光转换效率低，难实现高效的激光运转，而且要求光束分离，光腔结构复杂，对系统的稳定性要求很高。
[0003]中国专利《一种环形腔激光器》(申请号:200810098608.7)，公开了一种环形腔激光器，其环形腔镜是由两个直角棱镜构成，其中直角棱镜上镀有PBS模，与另一个棱镜作为泵浦光输入和激光输出腔镜，该环形腔除PBS膜外均利用直角棱镜全内反射效应构成光腔反射面，在两棱镜之间设置激光增益介质、法拉第旋转片、波片、起偏器和倍频晶体，以此构成单向环形腔结构单纵模输出基波和倍频光激光器。该激光器使用传统的泵浦方式，光光转化效率仍没有改变，虽然结构紧凑，但是使用平平腔结构，对工艺要求高，稳定性不好。
[0004]环形腔存在的效率问题和稳定性问题一直是制约环形腔激光器量产的关键因素，一直没有得到解决。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提出一种结构简单、合理的环形腔激光器，有效提高激光转换效率和稳定性，降低工艺制作难度。
[0006]为达到上述目的，本发明提出的技术方案为:一种环形腔激光器，包括激励源、半导体增益介质和谐振腔，其特征在于:所述半导体增益介质的非出光端面为谐振腔的前腔镜；所述谐振腔还包括一实现单向传输、单纵模输出的环形腔。
[0007]进一步的，所述激励源为电激励源；所述谐振腔包括依次设置的半导体增益介质、耦合系统、λ/2片、45°法拉第旋转器、环形腔、λ/4片和后腔镜；所述环形腔包括偏振分束器和选模元件。
[0008]进一步的，所述偏振分束器为两个PBS棱镜或两walk-off晶体棱镜，两个PBS棱镜或两walk-off棱镜之间形成往返的环形光路，所述选模元件置于环形光路的正向传输光路中；所述环形光路的正向与反向光路中均设有一 λ/2片。
[0009]进一步的，所述环形光路沿正向传输方向设置的选模元件后面设有一光隔离系统。
[0010]进一步的，所述偏振分束器为一个非45°偏振分束棱镜，所述环形腔还包括一屋脊形状楔角片，所述选模兀件置于偏振分束棱镜与楔角片之间的正向传输光路中。
[0011]进一步的，所述偏振分束器与后腔镜构成环形腔，所述选模元件置于偏振分束器与后腔镜之间的正向传输光路中；所述λ/4片置于后腔镜前面的往返光路中，或所述λ/4片由一 λ/2片代替，并将所述λ/2片置于所述偏振分束器与后腔镜之间的反向传输光路中。[0012]进一步的,所述偏振分束器为一 walk-off晶体组或一 walk-off晶体楔角。
[0013]进一步的，所述激励源为泵浦光源，所述谐振腔为环形腔，包括半导体增益介质、屋脊形状的楔角片和后腔镜；所述楔角片与后腔镜之间沿正向传输光路依次设置λ /2片、45°法拉第旋转器和布儒斯特角片；所述楔角片与后腔镜之间的反向传输光路中设置有选模元件；所述泵浦光源发出的泵浦光由一耦合系统会聚到半导体增益介质上。
[0014]进一步的，所述后腔镜为凹面镜或平面镜；所述选模元件为标准具或光阑；所述耦合系统为单透镜或多透镜组合。
[0015]进一步的，所述谐振腔中的光路上还设置有稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件或调Q元件中的一种或几种。
[0016]本发明的有益效果为:本发明将半导体增益介质的前端面作为谐振腔腔镜，构成的谐振腔中包括了半导体增益介质，利用法拉第旋转片及λ/2片使得激光在腔内往返一次通过半导体增益介质时偏振方向一致，且在增益介质外保持单向传输，再结合腔内其他偏振光学元件，使得往返光方向分离，从而实现环形腔结构，以有效提高激光转换效率，实现稳定高效的单纵模激光输出，并且降低了工艺制作难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明环形腔激光器实施例一结构示意图；
图2为本发明环形腔激光器实施例二结构示意图；
图3为本发明环形腔激光器实施例三结构示意图；
图4为本发明环形腔激光器实施例四结构示意图；
图5为本发明环形腔激光器实施例五结构示意图；
图6为本发明环形腔激光器实施例六结构示意图；
图7为本发明环形腔激光器实施例七结构示意图。
[0018]附图标记:1、半导体增益介质；2、耦合系统；3、λ /2片；4、法拉第旋转器；5、PBS棱镜；6、选模元件；7、λ /4片；8、后腔镜；9、walk-off晶体棱镜；10、楔角片；IU walk-off晶体组；12、walk-off晶体楔角；13、泵浦光源；14、布儒斯特角片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明做进一步说明。
[0020]本发明将半导体增益介质的前端面(非出光端面)作为谐振腔腔镜，构成的谐振腔中包括了半导体增益介质，利用法拉第旋转片及λ/2片使得激光在腔内往返一次通过半导体增益介质时偏振方向一致，且在增益介质外保持单向传输，再结合腔内其他偏振光学元件，使得往返光方向分离，从而实现环形腔结构，以有效提高激光转换效率，实现稳定高效的单纵模激光输出，并且降低了工艺制作难度。该环形腔激光器具体结构为，包括激励源、半导体增益介质和谐振腔，其中，半导体增益介质的非出光端面(前端面)为谐振腔的前腔镜，谐振腔还包括一实现单向传输、单纵模输出的环形腔。
[0021]如图1为该环形腔激光器实施例一具体结构，该实施例中半导体增益介质I采用的是电激励源，谐振腔包括依次设置的半导体增益介质1、耦合系统2、入/2片3、45°法拉第旋转器4、环形腔、λ/4片7和后腔镜8 ;环形腔包括偏振分束器和选模元件6，半导体增益介质I的前端面与后腔镜8构成谐振腔的前后腔镜，激光由后腔镜8输出。该实施例中偏振分束器采用的是两个PBS棱镜5，两个PBS棱镜5之间形成往返的环形光路，选模元件6置于环形光路的正向传输光路中，环形光路的正向与反向光路中均设有一 λ/2片3。半导体增益介质I受电激励产生受激辐射(激光)，经耦合系统2之后通过λ/2片3和45°法拉第旋转器4的旋光作用，其偏振方向被旋转了 135°，之后进入两PBS棱镜5构成的环形光路中，两PBS棱镜5之间分别设置λ /2片3，以及PBS棱镜环形光路与后腔镜8之间设置λ/4片7，使得经后腔镜8反射往返的光在入射λ/4片7之前与之后的偏振方向相互垂直，从而在PBS棱镜环形光路中保持单向传输，经环形光路返回的光再次经45°法拉第旋转器4和λ /2片3旋光之后,偏振方向与半导体增益介质I受激福射光的偏振方向一致，最后经耦合系统2再次返回半导体增益介质I内。该结构使得往返的光方向分离，最终再次返回半导体增益介质内，有效提高激光转换效率和稳定性；且该结构简单合理，降低了工艺制作难度。两个PBS棱镜5之间的选模元件6可以是光阑，用于实现横膜选模，也可以是标准具或标准具组，用于纵模选模，实现单纵模输出。
[0022]如图2所示的实施例二，与实施例一不同的是，将其中的两个PBS棱镜5换成两个walk-off晶体棱镜9。
[0023]如图3所示的实施例三，是在实施例一的基础上在环形光路沿正向传输方向设置的选模元件6后面设置一光隔离系统，以提高单向传输的隔离度。该实施例中，是在环形光路的λ /2片3之后增加一法拉第旋转器4，构成光隔离结构。
[0024]如图4所示为本发明的实施例四，与上述实施例不同的是，该结构中的环形光路由一非45°偏振分束棱镜5、一屋脊形状楔角片10和后腔镜8构成,选模兀件6置于偏振分束棱镜5与楔角片10之间的正向传输光路中，屋脊形状的楔角片10与后腔镜8之间的往返光路中设置λ/4片7。
[0025]如图5所示的实施例五，上述实施例不同的是，该结构中的环形光路由一walk-off晶体组11和后腔镜8构成，选模元件6置于walk-off晶体组11与后腔镜8之间的正向传输光路中，在walk-off晶体组11与后腔镜8之间的返回光路中设置λ /2片3，或者在walk-off晶体组11与后腔镜8之间的往返光路中设置λ /4片7。
[0026]如图6所示的实施例六，与实施例五不同的是，将其中的walk-off晶体组11替换为一 walk-off晶体楔角12,该walk-off晶体楔角12为一六面体方形walk-off晶体，将其中一棱边去掉，使得该棱边对应的地方形成一斜平面，经该walk-off晶体楔角12之后的光由该斜平面出射，使得出射光具有较大的偏转角，经后腔镜8反射之后再次返回该walk-off晶体楔角12,形成环形光路。
[0027]如图7所示的实施例七，与上述实施例不同，该实施例采用的是由泵浦光源13激励的方式，谐振腔为环形腔，包括半导体增益介质1、屋脊形状的楔角片10和后腔镜8 ;楔角片10与后腔镜8之间沿正向传输光路依次设置λ /2片3、45°法拉第旋转器4和布儒斯特角片14 ;楔角片10与后腔镜8之间的反向传输光路中设置有选模兀件6 ;泵浦光源13发出的泵浦光由一耦合系统会聚到半导体增益介质I上。同样由半导体增益介质I的前单面与后腔镜8构成谐振腔的前后腔镜，激光经后腔镜输出。
[0028]上述各设施例中，后腔镜8可以是凹面镜，也可以是平面镜，在实施例1-3中，后腔镜8还可以采用直接在λ/4片后端面镀膜形成。其中，选模元件6为标准具或光阑，分别实现纵模或横膜的选模；耦合系统2可以选用单透镜或多透镜组合。在各实施例的谐振腔中的光路上还可以增加稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件或调Q元件等元件中的一种或几种，各光学元件的通光面镀有相应的增透膜。还可将所有光学元件通过光胶或深化光胶成微片结构，光学元件与金属元件可以通过胶粘成一个整体结构。
[0029]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，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种环形腔激光器，包括激励源、半导体增益介质和谐振腔，其特征在于:所述半导体增益介质的非出光端面为谐振腔的前腔镜；所述谐振腔还包括一实现单向传输、单纵模输出的环形腔。
2.如权利要求1所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述激励源为电激励源；所述谐振腔包括依次设置的半导体增益介质、耦合系统、λ /2片、45°法拉第旋转器、环形腔、λ /4片和后腔镜；所述环形腔包括偏振分束器和选模元件。
3.如权利要求2所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述偏振分束器为两个PBS棱镜或两ralk-off晶体棱镜，两个PBS棱镜或两walk-off棱镜之间形成往返的环形光路，所述选模元件置于环形光路的正向传输光路中；所述环形光路的正向与反向光路中均设有一λ /2 片。
4.如权利要求3所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述环形光路沿正向传输方向设置的选模元件后面设有一光隔离系统。
5.如权利要求2所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述偏振分束器为一个非45°偏振分束棱镜，所述环形腔还包括一屋脊形状楔角片，所述选模元件置于偏振分束棱镜与楔角片之间的正向传输光路中。
6.如权利要求2所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述偏振分束器与后腔镜构成环形腔，所述选模元件置于偏振分束器与后腔镜之间的正向传输光路中；所述λ/4片置于后腔镜前面的往返光路中，或所述λ/4片由一 λ/2片代替，并将所述λ/2片置于所述偏振分束器与后腔镜之间的反向传输光路中。
7.如权利要求6所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述偏振分束器为一walk-off晶体组或一 walk-off晶体楔角。
8.如权利要求1所述一种环形腔激光器，其特征在于:所述激励源为泵浦光源，所述谐振腔为环形腔，包括半导体增益介质、屋脊形状的楔角片和后腔镜；所述楔角片与后腔镜之间沿正向传输光路依次设置λ/2片、45°法拉第旋转器和布儒斯特角片；所述楔角片与后腔镜之间的反向传输光路中设置有选模兀件；所述泵浦光源发出的泵浦光由一I禹合系统会聚到半导体增益介质上。
9.如权利要求2-8任一项所述环形腔激光器，其特征在于:所述后腔镜为凹面镜或平面镜；所述选模元件为标准具或光阑；所述耦合系统为单透镜或多透镜组合。
10.如权利要求1-8任一项所述环形腔激光器，其特征在于:所述谐振腔中的光路上还设置有稳频系统、频率转换晶体、光束整形元件或调Q元件中的一种或几种。
【文档编号】H01S3/083GK103887691SQ201210554323
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】吴砺, 贺坤, 校金涛, 刘国宏 申请人:福州高意通讯有限公司