专利名称：激光振荡装置及激光源驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种使用半导体激光器等的激光振荡装置及激光源驱动方法，特别涉及在具备用于产生二次谐波的非线性光学介质的同时，能高效率地脉冲驱动光源的激光振荡装置及激光源驱动方法。
以往，已有使用半导体激光器的激光振荡装置并已应用于众多方面。
近来，由于激光技术的飞跃进展，不仅有使用市电的激光振荡装置，而且象测量仪器那样，由电池驱动用于室外的激光振荡装置也用得不少。
然而，基于电池驱动的激光振荡装置，存在有受耗电较大、使用时间短限制的倾向等问题。
因此，强烈地期望出现能用高效率使激光振荡、降低耗电并能使连续使用时间等极大地延长的激光振荡装置。
本发明的激光振荡装置，至少由激光晶体和输出镜形成光谐振器，在光谐振器中插入用于产生二次谐波的非线性光学介质，激光源相对于光谐振器进行泵激，脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ。第一脉冲驱动激光源到没有发光的程度，第2脉冲可驱动激光源发光。
如前述结构的本发明的激光振荡装置，至少由激光晶体和输出镜形成光谐振器，激光源相对于光谐振器进行泵激，脉冲驱动装置驱动激光源，脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，所以利用基于第1脉冲的最大光强度的激光，能对光谐振器进行泵激，有能高效率地使激光振荡的效果。
此外，本发明的激光振荡装置，至少由激光晶体和输出镜形成光谐振器，在光谐振器中插入用于产生二次谐波的非线性光学介质，激光源相对于光谐振器进行泵激，脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，所以能产生与半导体激光器的输出的平方成正比且强有力的二次谐波，能极高效率地使激光振荡，有能使耗电减少并实现节能的卓越效果。
并且，本发明中的脉冲驱动装置，以第1脉冲和第2脉冲两个脉冲为一组驱动激光源，第1脉冲驱动激光源到没有发光程度，第2脉冲能驱动激光器光源发光。
再者，本发明的激光源驱动方法，为了驱动对至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器，进行泵激用的激光源，能按照驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ(式中τ是脉冲宽度)进行脉冲驱动。
并且，本发明的激光源驱动方法，为了驱动对含有用于产生二次谐波的非线性光学介质的至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器，进行泵激的激光源，能按照驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ进行脉冲驱动。
此外，本发明的激光源驱动方法中驱动脉冲，以第1脉冲和第2脉冲两个脉冲为一组驱动激光源，第1脉冲能驱动激光器光源到没有发光程度，第2脉冲能驱动激光器光源发光，所以具有能缩短发光时间，延长激光器光源寿命的效果。
图1是说明本发明的实施例中激光振荡装置1000结构的图。
图2是表示半导体激光器衰减振荡时的极性反转分布和光强度关系的图。
图3(a)是表示时间和激励强度关系的增益转换模式图。
图3(b)是表示时间和光强度关系的增益转换模式图。
图3(c)是表示时间和反转分布关系的增益转换模式图。
图4是表示反转分布和光强度关系的图。
图5(a)是说明对于半导体激光器提供连续脉冲的周期T为τFL＜T-τ场合的图。
图5(b)是说明对于半导体激光器提供连续脉冲的周期T为τFL＞T-τ场合的图。
图6(a)是表示半导体激光器的耗电电流和半导体激光器输出关系的图。
图6(b)是表示半导体激光器的输出和光谐振器内基波输出关系的图。
图6(c)是表示在插入非线性光学介质400的场合光谐振器内基波输出和二次谐波(SHG)输出关系的图。
图6(d)是表示半导体激光器的耗电电流和二次谐波(SHG)输出关系的图。
图7是比较连续驱动激光振荡装置1000的场合和本发明的脉冲驱动的场合的图。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1表示本实施例的激光振荡装置1000，它由激光源100、聚光透镜200、激光晶体300、非线性光学介质400、输出镜500和激光器驱动装置600构成。
激光源100用于产生激光，在本实施例中使用半导体激光器。在本实施例中，激光源100作为产生基波的泵激光产生装置起作用。此外，激光源100不限于半导体激光器，只要能产生激光，可以采用任何光源装置。而且，激光器驱动装置600用于驱动激光源100，在本实施例中，能脉冲驱动激光源100。
激光晶体300是负温度介质、用于进行光的放大。在这种激光晶体300中，采用掺杂Nd3+离子的YAG(钇铝柘榴石)等。YAG具有946nm、1064nm和1319nm等振荡线。
激光晶体300不限于YAG，可以使用振荡线1064nm的NdYVO4和振荡线700-900nm的Ti蓝宝石等。
在激光晶体300的激光源100侧上形成第1介质反射膜310。该反射膜对激光源100为高穿透、并且对激光晶体300的振荡波长为高反射的同时、对SHG(二次谐波生成物)也为高反射。
输出镜500做成与激光晶体300相对，将输出镜500的激光晶体300侧加工成具有合适的半径的凹球面镜形状、形成第2介质反射膜510。这种第2介质反射膜510对激光晶体300的振荡波长为高反射、对于SHG为高穿透。
如前所述，当组合激光晶体300的第1介质反射膜310和输出镜500，通过聚光透镜200将来自激光源100的光束在激光晶体300上泵激时，光在激光器晶体300的第1介质反射膜310和输出镜500之间往返，能将光长时间关在里面，所以能使光振荡并且放大。
在本实施例中，在由激光晶体300的第1介质反射膜310和输出镜500构成的光谐振器内插入非线性光学介质。
这里，对非线性光学效果进行简洁说明。
在物质上施加电场时产生电极化，在这种电场小的场合，极化与电场成正比，但在如激光那样强力相干光的场合，电场与极化间的正比关系破坏，而与电场的平方、三次方成正比的非线性极化分量变得显著。
因此，在非线性光学介质400中，由光波产生的极化中含有与光波电场的平方成正比的量，利用这种非线性极化，在不同的频率的光波间产生结合，产生2倍光频的谐波，这种二次谐波生成物，称为SHG。
在本实施例中，因在由激光晶体300和输出镜500构成的光谐振器内插入非线性光学介质400，所以称为内部型SHG，因变换输出与基波光功率的平方成正比，所以有能直接利用光谐振器内大的光强度的效果。
非线性光学介质400使用例如KTP(KTiOPO4磷酸钛砷)和BBO(β-BaB2O4β型硼酸锂)、LBO(LiB3O5三硼酸锂)，主要从1064nm变换成532nm。
此外，也可采用KNbO3(铌酸坤)，主要从946nm变换成473nm。
于是，在图1中，ω是基波的角振荡数，2ω是二次谐波(SHG)。
接着，对激光振荡装置1000的驱动，进行若干考察。
图2是表示一般的激光器光源衰减振荡时的反转分布和光强度关系的图。在图2中所示的ΔN(t)表示反转分布(增益)、Φ(t)表示光强度，横坐标轴表示经过的时间。
由图2可见，在反转分布为最大时，初始峰值(即第一个脉冲)上升，并产生最大的光强度。
图3(a)、图3(b)和图3(c)是表示增益转换的模式图，图3(a)是表示时间和激励强度关系的图，图3(b)是表示时间和光强度关系的图，图3(c)是表示时间和反转分布关系的图。
由这些图可见，在一定的激励时间后，产生最大的光强度。
接着，图4分开表示图2中反转分布和光强度对时间的关系。对于半导体激光器，如果提供连续波的驱动功率，对应于第一个脉冲产生最大的光强度，然后，光强度减小，并收敛于恒定强度，所以光的提取最有效。因此，仅使用第一个脉冲。
再由图5(a)和图5(b)，对半导体激光器，说明提供连续脉冲驱动功率的情况。
图5(a)是半导体激光器提供连续脉冲，该脉冲的周期T为τFL＜T-τ的场合，式中，τFL是荧光寿命、τ是脉冲宽度。
与此相对，图5(b)是对半导体激光器提供连续脉冲，该脉冲的周期T为τFL＞T-τ的场合。
由图5(b)可见，在τFL(荧光寿命)期间，借助于在半导体激光器上施加下一个脉冲，能在残留的反转分布上叠加新的反转分布，有效地只连续产生具有最大光强度的光。
接着，基于图6(a)到图6(d)对半导体激光器的输出和插入非线性光学介质400场合的输出的关系进行说明。
图6(a)表示半导体激光器的耗电电流和半导体激光器输出的关系，偏置电流以后二者具有线性关系。
图6(b)表示半导体激光器的输出和光谐振器内基波输出的关系，偏置电流以后二者具有线性关系。
图6(c)表示插入非线性光学介质400场合的光谐振器内基波输出和二次谐波(SHG)输出的关系，可见二次谐波(SHG)输出与光谐振器内基波输出的平方成正比。
因此，如图6(d)所示，半导体激光器的耗电电流和二次谐波(SHG)输出之间成平方正比的关系。
因此，在光谐振器内插入非线性光学介质400，激光器驱动装置600如果按照在τFL(荧光寿命)内施加下一个驱动脉冲那样驱动作为激光源100的半导体激光器，则能如图7所示那样高效率地使激光振荡。
也就是说，如图7所示，如果由脉冲宽度τ、脉冲峰值电流IP和脉冲周期T驱动作为激光源100的半导体激光器，就能产生光脉冲宽度τ′和光脉冲峰值输出 的激光。
此外，在激光器驱动装置600连续驱动激光源100的场合(产生与平均脉冲输出 相同的连续输出 的场合)，如果连续动作电流为ICW，则因半导体激光器的耗电电流和二次谐波(SHG)输出之间成平方正比的关系，所以只产生连续光输出 (比光脉冲峰值输出 小)的激光。
在脉冲驱动的场合，还因动作有间歇，所以用平均值与连续动作进行比较。脉冲驱动场合的平均脉冲电流为Iav，比连续动作电流取ICW时小。
因此，有利用脉冲驱动，产生与连续波相同输出的激光时，有能节省ICW-Iav电流的效果。
此外，在本实施例中，虽然借助于间歇地提供一个脉冲，驱动激光源100，但也可以用两个以上的脉冲作为一组，驱动激光源100。
例如，脉冲驱动装置600做成以第1脉冲和第2脉冲两个脉冲为一组，驱动激光源100，第1脉冲驱动激光源100到没有发光的程度，第2脉冲能驱动激光源100发光。
如前述那样，如果以两个以上的脉冲作为一组驱动激光源100，那么有能缩短发光时间并能延长激光源100寿命的效果。
权利要求
1.一种激光振荡装置，包括至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器、用来对该光谐振器进行泵激的激光源和用于驱动该激光源的脉冲驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，式中τ是脉冲宽度。
2.一种激光振荡装置，包括至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器、插入该光谐振器中用于产生二次谐波的非线性光学介质、用来对该光谐振器进行泵激的激光源和用于驱动该激光源的脉冲驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，式中τ是脉冲宽度。
3.如权利要求1或2所述的激光振荡装置，其特征在于，为了驱动所述激光源，以第1脉冲和第2脉冲为一组，构成所述脉冲驱动装置，所述第1脉冲驱动所述激光源到没有发光的程度，所述第2脉冲驱动所述激光源发光。
4.一种激光源驱动方法，包括为了驱动对至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器进行泵激用的激光源，进行脉冲驱动，其特征在于，驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，式中τ是脉冲宽度。
5.一种激光源驱动方法，包括为了驱动对含有用于产生二次谐波的非线性光学介质的至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器进行泵激用的激光源，进行脉冲驱动，其特征在于，驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τFL为τFL＞T-τ，式中τ是脉冲宽度。
6.如权利要求4或5所述的激光振荡装置，其特征在于，为了驱动所述激光源，以第1脉冲和第2脉冲二个脉冲为一组，构成所述驱动脉冲，所述第1脉冲驱动所述激光源到没有发光的程度，所述第2脉冲驱动所述激光源发光。
7.一种激光振荡装置，包括至少由激光晶体和输出镜组成的光谐振器、用来对该光谐振器进行泵激的激光源和用于驱动该激光源的脉冲驱动装置，其特征在于，所述脉冲驱动装置的驱动脉冲有至少能得到第一个脉冲的脉冲宽度。
全文摘要
本发明揭示一种使用半导体激光器等的激光振荡装置及激光源驱动方法。具备用于产生二次谐波的非线性光学介质并能高效率地脉冲驱动光源的激光振荡装置，至少由激光晶体和输出镜形成光谐振器，在光谐振器中插入用于产生二次谐波的非线性光学介质，激光源对光谐振器进行泵激励，脉冲驱动装置的驱动脉冲周期T相对于荧光寿命τ
文档编号H01S3/109GK1142699SQ9610740
公开日1997年2月12日 申请日期1996年5月17日 优先权日1995年5月19日
发明者籾内正幸, 小泉浩, 大石政裕, 后藤义明, 大友文夫 申请人:株式会社拓普康