专利名称：激光二极管激励的固态激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及其谐振器中具有激光介质和非线性光学部件的激光二极管激励的固态激光装置，它用于发射来自受半导体激光器激励激光介质而发射基波脉动光和非线性光。
公知的固态激光器装置使用由GaAlAs组成的半导体激光，或激励设置在谐振器中的激光介质，比如NdYAG晶体而产生激光。
为产生更短波长的激光，提出过很多类的固态激光器装置。这些装置在公共谐振器中基本都设置有激光介质和非线性光学晶体，以便把激光介质体输出的脉动光转换成比如二次谐波的非线性光(例如，日本特许公开JP-A-4-283977(1992)和JP-A6-69567(1994)，及日本特许公开实用新型JP-U4-97375(1992)所披露的)。当激光介质为YAG晶体，和非线性光学晶体为磷酸钛钾KTiOPO4时(缩写为KTP)，能够把来自YAG晶体的脉动光从其1064μm的原波长转换成其波长一半的532μm的绿色光。
可是，这种常规固态激光器装置需要配置半导体激光器，激光传导体介质和高精度的非线性光学部件。在激励光、脉动光和非线性光的光轴不能按微米级精度对准时，光转换效率会显著下降。
再有，由于热膨胀，光学部件或光学器件与支承件之间的距离的不利变化导致因光轴的位移而引起的转换效率的降低或者由于波型跳动引起的输出波动。
本发明的目的在于提供光学部件容易组装并定位，并能够不受温度变化影响稳定工作的激光二极管激励的固态激光器装置。
本发明提供的激光二极管激励的固态激光器装置包括发射激光的半导体激光器；设置在谐振器中，在激光激励时产生脉动光的激光介质；装在谐振器一端的曲面镜装置，夹持半导体激光器的第1夹紧构件，第1夹紧构件带有基本垂直于激光光轴的滑动面；
夹持曲面镜装置和激光介质的第2夹紧构件，第2夹紧构件有基本垂直于谐振器光轴的滑动面，第1和第2夹紧件，排列成使滑动面相互面对；和把第1和第2夹紧构件固定在一起的固定装置。
根据本发明，夹持半导体激光器的第1夹紧构件和夹持曲面镜装置及激光传导体的第2夹紧构件有基本垂直于激光光轴的滑动面，而且把滑动面互相面对地安装，以便在校直光轴时能够沿各自的滑动面平滑地移动，因此，将容易并精确地进行部件的定位。通过能滑动的、热传导高的材料比如铜箔或铜带制成的窄片插入在滑动面之间，第1和第2夹紧件的滑动面可以直接或间接地相互接触。这就可以在用粘合剂或类似物牢固地固定部件之前使激光和脉动光精确而迅速地与光轴对齐。
当镜装置是曲面的时候，本发明特别有效。在带有曲面镜的线性谐振器中，设有单一光轴，它与曲面镜的特定点法线一致。根据本发明，通过在垂直于光轴的平面中连接第1和第2夹紧构件，能够容易地把激光定位在谐振器的光轴上。
由于在垂直于光轴的两维平面上容易控制沿光轴相隔恒定距离的第1和第2夹紧构件与光轴的定位，因此可以精确而迅速地使激励光、脉动光和非线性光相互沿光轴对齐。再有，增强了第1和第2夹紧构件间的热连接，因而能够容易地进行两构件上的温度控制。此外，第1和第2夹紧构件间的界面和电热冷却装置与光轴垂直，所以在对准光轴期间不考虑沿界面的少量位移的情况下能确保稳定控制整个温度。
本发明中，该装置最好还包括利用施加于滑动面上的可用紧固压力固定第1和第2夹紧构件的紧固装置。
根据本发明，通过利用与构件滑动表面垂直方向上的不同紧固压力推动和略微使第1和第2夹紧件变形，可以按微米级精确地调整第1和第2夹紧件之间沿光轴方向上的相对距离。
此外，本发明中最好还包括电热冷却装置，比如配置带有向外传导激光束窗口的玻尔帖(Peltier)装置，并把第1夹紧件装在电热冷却装置上。
根据本发明，使用电热冷却装置控制第1夹紧构件的温度，从而能够集中地控制包含半导体激光器和激光介质等其他光学部件的温度。由于不需要把电度。由于不需要把电热冷却装置分配给各光学装置，所以本发明的装置将减小尺寸和重量。再有，半导体激光器和激光介质的温度条件几乎相同，因此能够使用一个温度传感器进行监测和控制。
此外在本发明中，最好使第1夹紧构件有面对滑动表面的第2表面，其第2表面安装在面对电热冷却装置的吸热侧。
根据本发明，由于与第2夹紧构件的滑动面平行的第1夹紧构件的第2面安装在面对热冷却装置的吸热侧，利用第1夹紧构件的存在，将改善第2夹紧构件和电热冷却装置之间的热连接。再有，由于构件与光轴对准，不管第2夹紧构件处于滑动面的什么位置，第2夹紧构件的热输出通过第1夹紧构件能够基本均匀地传送给电热冷却装置，从而确保温度控制的稳定性。第1夹紧构件的第2表面和电热冷却装置的吸热侧通过在其间施加高热传导的粘合剂或润滑油可以直接或间接地连接。
此外本发明中，最好还包括设置在谐振器中把脉动光转换成非线性光的非线性光学装置，并用第2夹紧构件夹紧。
根据本发明，用单一夹紧构件夹持激光传导体和非线性光学装置，从而减小两者间的位置错位。
此外本发明中，最好把曲面镜装置设置在激光介质的激光输入侧。
根据本发明，由于构成谐振器的曲面镜装置整体地安装在激光介质上，所以在谐振器和激光介质之间无须进行光学对准。这将使组装光学部件变得容易，并能消除因物理变化产生的光学错位。
此外本发明中，最好把曲面镜装置设置在非线性光学装置的非线性光输出侧。
根据本发明，由于构成谐振器的曲面镜装置整体地安装在非线性光学装置上，所以不需进行谐振器和非线性光学装置之间的光学对准。这将使组装光学部件变得容易，并能消除因物理产生的光学错位。
因此，能够实现激光二极管激励的固态激光器装置的光学部件的简单组装和定位，它能够不受温度变化影响而稳定地工作。
参照附图，将进一步详细说明本发明的其他和另外的目的、特征和优点，其中
图1是表示本发明的一个实施例的分解透视图2是表示本发明实施例的中央横截面图；图3A和3B是表示谐振器形状的示意图；图3A是表示形成在激光介质13的激励光输入侧的曲面镜11的安装示意图；和图3B表示形成在非线性光学装置12的非线性光输出侧的另一个曲面镜11的装配示意图。
下面，结合附图，说明本发明的优选实施例。
图1表示本发明一个实施例的分解透视图，图2表示其中央截面剖视图。管座21为金属的平板构件，与帽8一起构成装置的外壳，并有多个牢固地装在其上、具有电绝缘和气密性关系的引线电极22。电冷却装置或珀尔帖(Peltier)装置20装在管座21的上边，并且珀尔帖(Peltier)装置20的引线与任何一个引线电极22相连接。
金属六面体形的基板19，装在珀尔帖装置20上，基板19有垂直夹紧孔，其内表面设有内螺纹，与固定螺杆1相配。引线18的一端电连接在基板19的侧面上，另一端与引线电极22之一相连。引线18被拉长，作为半导体激光器17的阴极基板19在其另一侧还设有小凹槽，用来夹紧作为温度传感器的热敏电阻6。热敏电阻6有不与引线电极22连接的引线，但却安装成与无帽8的用于温度调整的外部装置连接。
金属六面体形的激光器固定件17a装在基板19的上边。片形半导体激光器17牢固地装在激光器固定件17a的一侧。半导体激光器17的阴极穿过激光器固定件17a和基板19与引线18相连，半导体激光装置17的阳极与依次连接其他引线电极22的其中之一引线17b的一端连接。激光器固定件17a有能够在其上插入螺钉1的通孔。因此，为确保良好的电连接和导热性，激光器固定件17a和基板19相互连接。
夹紧激光介质13和非线性光学装置12的晶体夹紧件3垂直于光轴地装在激光器固定件17a的上侧。激光器固定件17a和晶体夹紧件3可直接相互连接，但最好插入具有更高连接气密性和导热性的用铜箔或其它金属箔制做的垫片5，以提高激光器固定件17a和晶体夹紧件3之间的连接气密性和温度耦合。晶体夹紧件3由比如铜那样的高热导性金属构成，把激光介质13和非线性光学装置12产生的热传送给激光固定件17a。晶体夹紧件3在其一侧设置有夹紧另一个作为温度传感器的热敏电阻4的凹槽。热敏电阻4的引线还与引线电极22连接。此外，晶体夹紧件3在其上配有能够插入螺钉1的通孔。
图3A和3B为表示谐振器形状的示意图。更具体地，图3A表示形成在激光介质13的激光输入侧曲面镜11的装配，图3B表示形成在非线性光学装置12的非线性输出侧的另一个曲面镜11的装配。把垫片5夹在中间的晶体夹紧件3和激光器固定件17a有其相应的按基本垂直于谐振器光轴安装的滑动表面5A和5B。
参看图3A，用光刻法使激光介质13的激光输入侧构成曲面，并用对来自激光介质13的脉动光波长有高反射率的涂层覆盖该曲面，从而构成包括谐振器的一个端镜的曲面镜11。非线性光学装置12的非线性光输出侧由平面构成，该平面上同样用对来自激光传导体13的脉动光波长有高反射率的涂层覆盖，从而构成谐振器的另一端镜。
图3B中，激光介质13的激光输入侧由平面构成，并用对来自激光介质13的脉动光波长有高反射率的涂层覆盖，从而构成谐振器的一个端镜。通过光刻技术使非线性光学装置12的非线性光输出侧构成曲面和用对来自激光介质13的脉动光波长有高反射率的涂层覆盖曲面，而构成包括谐振器的另一个端镜的曲面镜11。
由于谐振器的曲面镜11整体地设置在激光介质13或非线性光学装置12上，所以简化了其与光轴的对准，从而有助于容易地组装光学部件，并消除因振动或类似原因产生的光轴错位。
再参看图2，以可滑动关系相互直接重叠放置的基板19、激光器固定件17a、垫片5和晶体托架3在固定之前互相连接。为获得良好的热传导性，在对准上述部件的光轴之后，通过旋转螺钉1整体固定这些部件。螺钉1在上端配有用于防止松动的一对垫圈2。
由于把半导体激光器17、激光介质13和非线性光学装置12作为组件固定在珀尔帖(Peltier)装置20的吸热侧，进行组件的热控制，以便使由热敏电阻4检测的温度保持恒定。
下面，说明放置部件的过程，在把基板19、激光器固定件17a、垫片5和晶体托架一个换一个码放之后，用带有2个垫圈2的螺钉1慢慢地拧紧，件之间，以调整相应的距离。
然后，在把基板19和激光器固定件17a放在适当位置前，对准半导体激光器17的激光光轴。随后通过滑动与垂直光轴方向上的激光器固定件17a相连接的晶体夹紧件3，用激光光轴对准激光介质13和非线性光学装置12的光轴。
为暂时固定垂直于光轴方向上的部件，进一步十分小心地拧紧螺钉1，不使晶体夹紧件3在垂直于光轴方向上错位。由于控制了拧紧压力，能够按微米级精确地调整任意两个邻近部件间的距离。最后，通过全部或局部地使用粘合剂，使基板19、激光器固定件17a和晶体夹紧件3互相牢固地结合。
因此，能够容易并精确地正确进行把部件放置在垂直又平行于光轴的二维空间平面中。
把部件拧紧在管座21上之后，放上帽8以气密性屏蔽管座21。帽8有设置在其上侧中央允许向外传播非线性光的装置。帽8的该装置在用比如玻璃板构成的窗口构件7的内侧气密地关闭。为保证非线性光波长的高透射率，在窗口构件7的两侧涂有AR(抗反射的)涂层。
下面说明具体构造的例子。该例使用的激光介质13为NdYVO4晶体，非线性光学装置12为KTP(KTiOPO4)晶体，半导体激光器17的类型能够产生波长为809nm的激光。
激光介质13的激光输入侧覆盖有涂层，该涂层对来自激光介质13的波长为1064nm的脉动光具有99.9％或更高的反射率，并对波长为809nm的激光具有95％或更高的透射率。再有，激光介质13的另一侧和其对着非线性光学装置12的一侧覆盖着涂层，该涂层在波长为1064nm时具有99.9％或更高的透射率。非线性光学装置12的输出侧覆盖有涂层，该涂层在波长为1064nm时具有99.9％或更高的反射率，并在波长为532nm时具有95％或更高的透射率。因而把谐振器限定在激光介质13的光输入侧和非线性光学装置12的光输出侧之间。
当其激光介质由半导体激光器17发射的波长为809nm的激光激励时，谐振器产生波长为1064nm的激光脉动，然后通过非线性光学装置12把脉动光转换成波长为二次谐波的光或波长为532nm的非线性绿色光。
再说明另一个结构的例子。此例使用的激光介质13为YAG晶体，
再说明另一个结构的例子。此例使用的激光介质13为YAG晶体，非线性光装置12为KN(KNbO3)晶体，半导体激光器17的类型能够产生波长为809nm的激光。
激光介质13的激光输入侧覆盖有涂层，该涂层对来自激光介质13、波长为946nm的脉动光具有99.9％或更高的反射率，并对波长为809nm的激光具有95％或更高的透射率。再有，激光介质13的另一侧和其对着非线性光学装置12的一侧覆盖着涂层，该涂层在波长为946nm时具有99.9％或更高的透射率。非线性光学装置12的输出侧覆盖有涂层，该涂层在波长为946nm时具有99.9％或更高的反射率，并在波长为473nm时，具有95％或更高的透射率。因而把谐振器限定在激光介质13的光输入侧和非线性光学装置12的光输出侧之间。
当半导体激光装置17发射波长为809nm激光激励激光介质13时，谐振器产生波长为946nm的激光脉动，然后通过非线性光学装置12把脉动光在波长上转换成二次谐振或波长为473nm的非线性兰-绿色光。
因为其合成的非线性光沿光轴传播并穿过窗口构件7向外传播，所以该非线性光可用作短波长光源用于光数据记录、通讯、测量或其他类似的应用。
尽管实施例已描述过包括激光介质13和非线性光学装置14的短波长光源的使用，但本发明还可以包含激光介质13而没有非线性光学装置14的基波激光源。
在不脱离本发明精神或基本特征的情况下，本发明可以按其他形式具体化。因此，该实施例无论从哪一点来看都是说明性的和不严格的，本发明的范围由其权利要求而不是上述描述来限定，在权利要求的意义和范围之内的所有变型都被包括在该权利要求之中。
权利要求
1.激光二极管激励的固态激光器装置，包括发射激光的半导体激光器；设置在谐振器中，在被激光激励的基础上产生脉动光的激光传导体；限定在谐振器一端的曲面镜装置，夹持半导体激光器的第1夹紧构件，第1夹紧构件有基本垂直于激光光轴的滑动面；夹紧曲面镜装置和激光介质的第2夹紧构件，第2夹紧构件有基本垂直于谐振器光轴的滑动面；排列第1和第2夹紧构件，使滑动面互相相对；和把第1和第2夹紧构件固定起来的固定装置。
2.如权利要求1的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于还包括紧固装置，用施加垂直于滑动面的可变紧固压力紧固第1和第2夹紧构件。
3.如权利要求2的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于还包括设置在外壳中带有向外传导激光束窗口的电热冷却器，第1夹紧构件装在电热冷却器上。
4.如权利要求3的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于第1支承构件有面对滑动面的第2表面，第2表面装在面对电热冷却器的吸热侧。
5.如权利要求1至4中任一项的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于还包括设置在谐振器中把脉动光转换成非线性光的非线性光学装置，非线性光学装置用第2夹紧构件夹紧。
6.如权利要求1至5中任一项的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于曲面镜装置设置在激光传导体的激光输入侧。
7.如权利要求5的激光二极管激励的固态激光器装置，其特征在于曲面镜装置设置在非线性光学装置的非线性光输出侧。
全文摘要
固态激光器装置包括:半导体激光器17,产生脉动光的激光介质13,把脉动光转换成非线性光的非线性光学装置12,夹紧半导体激光器17的激光器托架17a和基板19,和夹紧激光介质13和非线性光学装置12的晶体夹紧件3。稍加压力和暂时拧紧的情况下进行位置调整之后,用粘接剂等将激光器托架17a、基板19和晶体夹紧件3固定。因此,简单地组装光学部件就获得了激光二极管激励的固态激光器装置,并且尽管温度变化,该装置仍能稳定地工作。
文档编号H01S3/094GK1173057SQ97113008
公开日1998年2月11日 申请日期1997年4月26日 优先权日1996年4月26日
发明者母里博志, 铃木健司 申请人:三井石油化学工业株式会社