专利名称：：具有光学镇定器的高度稳定性的ld泵浦固体激光器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及激光二极管(LD)泵浦的固体激光器的制造技术。半导体激光器(LD)泵浦的内腔倍频绿光固体激光器，由于具有高效、紧凑的特点，在光存储、彩色显示、彩色打印、生物测试、医疗、科研、娱乐等领域具有广泛的应用价值，它已成为年增长速度最快(30％-50％)的一种商品激光器，近年来一直受到科研人员的极大重视。与传统的闪光灯泵浦的固体激光器相比，LD纵向泵浦的腔内倍频固体激光器，激光介质的热透镜效应极其突出。当泵清功率变化时，激光介质的热透镜焦距变化很大，可从∞变化至10cm,[B.Neuenschwander,etc.,Determinationofthermallensinsolidstatelaserswithstablecavities,IEEEJ.QE,Vol.31(6),1082(1995)]，从而使谐振腔的模参数发生重大变化，严重影响了激光运行特性。从现有的文献报道来看，半导体激光泵浦的倍频绿光固体激光器一般采用Z型谐振腔结构，它具有效率高、紧凑等特点，但激光介质热效应的问题并未得到解决[L.Y.Liu,M.Okaetc.,Longitudinallydiode-pumpedcw3.5WgreenLaser,Opt.Lett.Vol.19,189(1994)；M.Tsunekaneetc,Opt.Lett.,Vol.21(23),1912(1996)；何京良等，物理，Vol.26(9),536(1997)]。目前固体激光器的使用的方法是，根据一定的泵浦功率条件，设计一定结构参数的谐振腔，但当泵浦功率改变幅度较大时，热效应变化幅度很大，原先设计好的谐振腔就会变得不稳定了。即设计腔的结构参数时，若考虑为较小功率泵浦，则当泵浦功率提高到一定程度时，倍频绿光功率会出现饱和甚至下降；如果考虑大功率泵浦时，设计的激光器则阈值往往很高[参考文献同上]。目前国际上，包括著名的SpectraPhysics公司、Coherent公司出售的该类商品激光器同样未能解决这个问题。关于固体激光器的热效应问题，过去的有关文献对热不敏感腔有过很多讨论，但那只涉及到热微小扰动时的腔模的稳定运转问题，对上述热透镜效应大幅度变化时的动态稳定腔的问题还没有人讨论过。本发明的目的是提供一种具有光学镇定器的高度稳定性的LD泵浦固体激光器。将光学镇定器放入LD泵浦的固体激光器或倍频输出的固体激光器腔内时，能有效地抑制激光腔内热透镜效应对激光输出功率、激光模式的影响，彻底解决具有热透镜效应的LD泵浦的固体激光运行稳定性问题，使之在小功率泵浦到大功率泵浦很宽的动态范围内激光输出功率都能得到稳定的增长和稳定运行。根据谐振腔变换圆的理论[张光寅，固体激光腔的动力学分析，物理学报，Vol.40,1065(1991)]，对上述LD泵浦的固体激光器或倍频输出的固体激光器腔型(折叠型或Z字型腔)进行分析，我们可以得到上述谐振腔在泵浦功率大幅度变化(从而热透镜焦距大幅度变化)时激光模式的变化情况。图1是分析的结果。图1为LD泵浦的固体激光器或倍频输出的固体激光器的激光介质(或反射镜M1处)、输出镜M3及KTP晶体上(或反射镜M4处)的光斑w1,w3,w4(也就是反射镜M1,M3,M4处的光斑尺寸，下同)随热透镜焦距fL的变化情况。(腔参数计算数据取自OpticsLetter.96,p870,OpticsLetter,1997,L1=180mm,L2=60mm,f=50mm，热透镜焦距fL=650mm-50mm)。由图1可见，输出镜上的束腰尺寸w3随着热透镜焦距的变化而变化，在一定的范围变化异常剧烈，从而得到的激光模式极其不稳定。由于倍频晶体KTP置于M4附近，该处的束腰不稳定，导致倍频效率变化，从而使得绿光输出不稳定，这由实际的普通LD泵浦固体激光器运行情况所证实。在这种情况下，如果要求束腰不变，腔长L2(M2镜到M4镜之间的距离)必须随着热透镜焦距的变化而不断改变，即需要挪动谐振镜M4的位置以适应不同的泵浦功率(前面的文献中曾提到这种现象)。这在实际应用中显然是不可取的。因此，探索研究激光介质的热透镜效应大幅度变化时的固体激光腔的稳定问题，降低热效应的影响，提高激光效率和激光输出特性，成了非常重要的研究课题。我们在应用上述谐振腔变换圆理论对热透镜效应大幅度变化的LD泵浦固体激光器或倍频固体激光器的激光输出特性分析时发现，如果在激光介质附近放置一个特定的被称之为“光学镇定器”(Opticalballast)的透镜，在激光介质的热透镜焦距大幅度变化时能极大地改善腔内激光模式和激光光斑尺寸的稳定性。具有光学镇定器的LD泵浦腔内倍频固体激光器如图2所示。图3是其等效光路图。光学镇定器的焦距fa及放在腔内的位置La(距激光介质的距离)的设计依谐振腔变换圆理论[张光寅，物理学报，固体激光腔的动力学分析，Vol.40,1065(1991)]进行计算，计算的方法是将不同的fa,La及激光器腔长L1、L2及不同热透镜焦距fL等参数代入谐振腔变换圆的理论公式，得到不同的激光介质、输出镜M3及KTP晶体上的光斑束腰尺寸w1、w3、w4，直至随热透镜焦距fL变化时w1、w3、w4基本保持稳定，如图4所示。由图说明了这种方法极大地改善了腔内激光模式的稳定性。设计时要同时保证腔内激光模式与泵浦光的模式匹配。本方法也适于普通的LD泵浦固体激光器。为减小损耗，光学镇定器的两表面应镀有相应的基频光(和倍频光)增透膜，距离La一般小于10mm，光学镇定器焦距fa小于最小热透镜焦距的1/3，一般焦距不大于50mm。实施例具有一个光学镇定器的LD泵浦倍频固体激光器，L1=180mm,L2=60mm，按本发明的设计方法得到光学镇定器焦距fa为50mm，与激光介质的距离La为5-10mm，光学镇定器的两表面应镀有相应的基频光和倍频光增透膜，得到随热透镜焦距fL变化时w1、w3、w4基本保持稳定不变的极好结果，在实际的LD泵浦倍频固体激光器的泵浦功率大幅度变化时仍能保持腔内激光模式和激光光斑尺寸的稳定性。本发明的光学镇定器的安装非常简单、方便，成本低廉，但能使得LD泵浦固体激光器和倍频固体激光器运行的稳定性大大提高，其经济效益是巨大的。图1是普通LD泵浦固体激光器各个反射镜处光斑尺寸随热透镜焦距变化的曲线；图2是具有光学镇定器的LD泵浦倍频固体激光器原理示意图其中1是激光介质，2是光学镇定器透镜；图3是具有光学镇定器的LD泵浦倍频固体激光器等效光路图fL是激光介质热透镜焦距，fa是光学镇定器透镜及焦距，f是折叠反射镜M2,M3组件等效透镜和等效透镜焦距；图4是具有光学镇定器的LD泵浦倍频固体激光器各个反射镜处光斑尺寸随热透镜焦距变化的曲线。权利要求1．一种激光介质具有大幅度变化的热透镜效应的LD泵浦固体激光器或倍频固体激光器，其技术特征是在激光介质附近放置一个被称之为光学镇定器的透镜。2．按照权利要求1所说的固体激光器，其特征在于光学镇定器的焦距fa及放在腔内的位置距激光介质的距离La的设计依谐振腔变换圆理论进行计算，计算的方法是将不同的fa,La及激光器腔长L1、L2及不同热透镜焦距fL等参数代入谐振腔变换圆的理论公式，分别得到激光介质、输出镜M3及KTP晶体上不同的光斑束腰尺寸w1、w3、w4，直至随热透镜焦距fL大幅度变化时w1、w3、w4仍能基本保持稳定；同时保证腔内激光模式与泵浦光的模式匹配。3．按照权利要求1所说的固体激光器，其特征在于光学镇定器的两表面镀有相应的泵浦光和倍频光增透膜。4．按照权利要求1-3所说的固体激光器，其特征在于光学镇定器焦距fa为50mm，与激光介质的距离La为5-10mm。全文摘要本发明用于解决LD泵浦的固体激光器和倍频固体激光器在泵浦功率大幅度变化时的激光输出稳定性问题。本发明是一种安装有光学镇定器的LD泵浦固体激光器和倍频固体激光器,得到了极其稳定激光模式和激光功率输出。本发明给出了光学镇定器的设计、安装方法。光学镇定器的设计、安装非常简单、方便,LD泵浦的固体激光器的运行性能得到极大的改善,其经济效益是巨大的。文档编号H01S3/16GK1234638SQ9910527公开日1999年11月10日申请日期1999年5月1日优先权日1999年5月1日发明者张光寅,宋峰,许京军申请人:南开大学