專利名稱：激光諧振腔以及固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光諧振腔及采用所述激光諧振腔 的固體激光器。
背景技術(shù)：
固體激光器主要包括泵浦源、諧振腔和工作物質(zhì)三大部分，諧振腔是指光波在其 中來回反射從而形成激光增益的空腔，工作物質(zhì)是指可將外界提供的能量通過諧振腔的振 蕩發(fā)射出激光的材料?，F(xiàn)有的固體激光器的諧振腔由全反鏡和部分反射鏡組成，能夠振蕩發(fā)出激光的激 光晶體和部分反射鏡以及全反鏡均是分離放置的，這種固體激光器在工作時(shí)需要對諧振腔 進(jìn)行調(diào)整。由于諧振腔的兩個(gè)腔鏡的平行度要求非常高，通常在秒級(jí)，若調(diào)整不當(dāng)將嚴(yán)重影 響激光器的工作特性，因此需要操作人員具有極強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，諧振腔平行度的調(diào)整耗時(shí) 耗力，即使是專業(yè)操作人員生產(chǎn)效率也比較低。此外，由于激光諧振腔的腔內(nèi)元件均為分離狀態(tài)，而且處于分離狀態(tài)的兩個(gè)腔鏡 的平行度在激光器應(yīng)用過程中容易發(fā)生變化，造成系統(tǒng)的機(jī)械抗振能力較差。由此可見，采用分離形式構(gòu)成的激光諧振腔不光對固體激光器的批量化生產(chǎn)造成 一定的限制，也同時(shí)影響著最終生產(chǎn)出來的固體激光器的光學(xué)以及機(jī)械穩(wěn)定性。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種可以大批量生產(chǎn)的激光諧振 腔，所述激光諧振腔具有平行度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)；同時(shí)，本實(shí)用新型也公開了一種采用 所述激光諧振腔的固體激光器。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第一個(gè)目的，本實(shí)用新型提供了一種可以大批量生產(chǎn)的激 光諧振腔，其具體技術(shù)方案如下面所描述一種激光諧振腔，包括輸入部件、輸出部件和連接體，所述輸入部件的入射面和輸 出部件的出射面互相平行并構(gòu)成使激光振蕩的諧振腔，所述輸入部件和輸出部件的通光面 分別鍍制有相應(yīng)波段的膜層，所述連接體通過光學(xué)膠將輸入部件和輸出部件連接固定。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述輸入部件的入射面和所述輸出部件的出射面的平 行度小于等于15秒。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述輸入部件為激光晶體，所述輸出部件為輸出鏡或非 線性晶體。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述輸入部件為激光晶體，所述輸出部件為輸出鏡，在 所述激光晶體和輸出鏡之間還設(shè)置有非線性晶體，所述非線性晶體固定在所述連接體上， 其通光面和諧振腔的腔面平行。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述輸入部件、輸出部件以及連接體使用相同基質(zhì)或者膨脹系數(shù)相近的材料。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述激光晶體選自而1￥04或而146或而11^或 Nd:GdVO4。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述連接體選自YVO4或YAG或YLF或GdVO4或硅片或陶 瓷片或玻璃。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述非線性晶體選自PPKTP或PPLN或PPLT或LBO或 BBO 或 BiBO 或 LN 或 KNO3 或 KTA 或 CBO 或 CLBO 或 PPMgOLN 或 KN 或 LiI。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第二個(gè)目的，本實(shí)用新型提供了一種可以大批量生產(chǎn)的激 光諧振腔，其具體技術(shù)方案如下面所描述一種固體激光器，包括能夠輸出泵浦光的泵浦源，其中，還包括激光諧振腔，所述 泵浦源輸出的泵浦光直接入射到所述諧振腔的入射面。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，還設(shè)置有對所述泵浦光進(jìn)行耦合的光學(xué)耦合元件，泵浦 源、光學(xué)耦合元件、激光諧振腔依次排列在一條直線上，所述泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)過光學(xué) 耦合元件的整形和聚焦后入射到所述諧振腔的入射面。進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光器，所述光學(xué)耦合元件為耦合
^Mi ο進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述泵浦源為矩陣模式排列的多個(gè)半導(dǎo)體激光器，所述 光學(xué)耦合元件為與半導(dǎo)體激光器輸出光路對應(yīng)的多個(gè)自聚焦透鏡。本實(shí)用新型所公開的一體化的激光諧振腔的腔鏡平行度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，應(yīng)用時(shí)只 需要配備半導(dǎo)體泵浦源和制冷系統(tǒng)即可獲得激光輸出，因此操作人員不需要極強(qiáng)的專業(yè)知 識(shí)即可使用諧振腔進(jìn)行固體激光器的組裝，操作程序簡單快捷，且組裝的固體激光器結(jié)構(gòu) 和性能穩(wěn)定。本實(shí)用新型激光諧振腔的制造方法有望在固體激光器的大規(guī)模生產(chǎn)中獲得廣 泛的應(yīng)用。

通過
以下結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn) 將會(huì)變得更加清楚和容易理解。圖1為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所涉及的激光諧振腔的中沿A-A方向的剖視圖；圖6為本實(shí)用新型所涉及的固體激光器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型所涉及的固體激光器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7所涉及的固體激光器的中沿A-A方向剖視具體實(shí)施方式
下面依據(jù)附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。首先，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔進(jìn)行詳細(xì)的描述。[0034]實(shí)施例1 圖1為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中， 所述的輸入部件采用激光晶體，所述的輸出部件采用輸出鏡。具體來說，所述激光諧振腔包 括激光晶體101，輸出鏡102，連接體103。在該實(shí)施例中，所述輸出鏡102為平平鏡。其中， 激光晶體101、輸出鏡102和連接體103采用熱膨脹系數(shù)相近的材料，可以降低熱效應(yīng)對諧 振腔整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。其中激光晶體101入射面(Si面)的中心和輸出鏡102的出射面(S2面)的中心 位于同一軸線，激光晶體101的通光面和輸出鏡102的通光面鍍上基頻光相應(yīng)的膜層(膜 層未在圖中畫出)，激光晶體101的Sl面和輸出鏡102的S2面的平行度小于等于15秒，二 者共同構(gòu)成激光諧振腔。連接體103利用紫外膠粘結(jié)在激光晶體101和輸出鏡102的非通光面的相對兩側(cè) (Χ0Υ面)。此激光諧振腔的Sl面?zhèn)瓤梢灾苯优渲闷ヅ涞陌雽?dǎo)體泵浦源，此激光諧振腔即可 輸出基頻光。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，此處的紫外膠也可用其他常用光學(xué)膠替代。采用了本實(shí)施例中的激光諧振腔，激光器組裝速度快，簡單易行，對操作人員的專 業(yè)技能要求較低，諧振腔平行度高，可以大大提高固體激光器的生產(chǎn)速度，便于批量化生 產(chǎn)；由于連接體103與激光晶體101及輸出鏡102粘連在一起，提高了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性；同時(shí)可快速將激光晶體101內(nèi)的熱量散出，降低系統(tǒng)熱效應(yīng)，提高激光器輸出光穩(wěn)定 性。此激光諧振腔有望在固體激光器的大規(guī)模生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。本實(shí)施例中，激光晶體101采用NchYVO4晶體，還可根據(jù)需要產(chǎn)生的激光采用 Nd: YAG, Nd: YLF或Nd = GdVO4中的一種，輸出鏡102和連接體103采用YV。4，還可采用YAG、 YLF、GdVO4晶體、硅片、陶瓷片或玻璃等中的一種，總之，連接體103的熱膨脹系數(shù)與激光晶 體101的熱膨脹系數(shù)越相近越好，三者為同基質(zhì)材料當(dāng)然更佳。另外，所述激光諧振腔的腔型除平_平腔外，還可以是平-凹腔、平-凸腔、雙凹腔 或雙凸腔等；激光諧振腔中的連接體103也可以粘結(jié)在激光晶體非通光面的相鄰兩側(cè)，當(dāng) 然，如果加工工藝能保證牢固性，為了光學(xué)冷加工過程中方便操作和日后使用中的清潔保 養(yǎng)，也可以只用一個(gè)連接體粘結(jié)在非通光面的一側(cè)，此種情況不再贅述。實(shí)施例2 圖2為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中， 所述輸出部件采用經(jīng)過鍍膜處理的倍頻晶體。其中包括激光晶體201、倍頻晶體202、連接體203。本實(shí)施例中，激光晶體201的 通光面和倍頻晶體202的通光面鍍有關(guān)于基頻光和倍頻光相應(yīng)的膜層，激光晶體201的入 射面和倍頻晶體的出射面構(gòu)成激光諧振腔，此激光諧振腔為平_平腔。所述激光諧振腔進(jìn)行工作時(shí)，在激光晶體201的入射面端配置半導(dǎo)體泵浦源端面 泵浦于激光晶體201，在激光諧振腔內(nèi)首先產(chǎn)生基頻光，經(jīng)過倍頻晶體202后變?yōu)楸额l光， 經(jīng)過倍頻晶體202出射面發(fā)射。本實(shí)施例中沒有使用輸出鏡，而是在倍頻晶體202的出射 面鍍上基頻光的高反膜和倍頻光的高透膜，使入射面和出射面構(gòu)成激光器諧振腔，此結(jié)構(gòu) 省去了輸出鏡使得結(jié)構(gòu)更加簡單，且可以直接獲得可見光。實(shí)施例3 [0047]圖3為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施 例中，激光諧振腔采用輸出鏡和激光晶體構(gòu)成諧振腔。具體來說，所述激光諧振腔包括激光 晶體301、倍頻晶體302、連接體303和輸出鏡304。其中輸出鏡304為平-凹鏡，所述的諧 振腔中的倍頻晶體302的在諧振腔制造過程中即粘結(jié)在兩側(cè)的連接體303上，并且其通光 面和諧振腔的腔面平行，此處不再詳細(xì)描述。本實(shí)施例中所述倍頻晶體采用PPKTP。在實(shí)施例2和3中，倍頻晶體是非線性晶體的一種，其作用是對激光晶體產(chǎn)生的 基頻光進(jìn)行倍頻得到想要的倍頻光，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，根據(jù)實(shí)際需要，倍頻晶 體也可以換成其他非線性晶體，如和頻晶體、差頻晶體，參量振蕩晶體(OPO)、參量放大晶體 (OPA)或周期極化晶體等。具體為采用 PPLN、PPLT、LB0、BB0、BiB0、LN、KN03、KTA、CB0、CLB0、 PPMgOLN, KN 或 Li I 中的一種。實(shí)施例4 圖4為本實(shí)用新型所涉及的激光諧振腔的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為 圖4所涉及的激光諧振腔的中沿A-A方向的剖視圖，具體來說，其中包括激光晶體401，輸出 鏡402，連接體403。輸出鏡402為平-凹鏡，諧振腔為平-凹腔。本實(shí)施例所公開的激光 諧振腔與圖1所表示的具體實(shí)施例的唯一區(qū)別是輸出鏡的類型不同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，實(shí)施例3和4中的輸出鏡為平-凹鏡，其作為諧振 腔的一部分使激光產(chǎn)生振蕩，因此其凹面為諧振腔的出射面，鍍制有相應(yīng)工作波長的膜，一 般情況下，其凹面朝向諧振腔內(nèi)部放置，某些場合凹面也可朝向諧振腔外部放置。此外，對于本實(shí)用新型的激光諧振腔，也可以輸入部件為光學(xué)平片，輸出部件為激 光晶體或非線性晶體或光學(xué)平片。下面，對本實(shí)用新型所涉及的固體激光器進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例5 圖6為本實(shí)用新型所涉及的固體激光器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，具體來 說，其包括半導(dǎo)體泵浦源601、耦合鏡602、激光諧振腔603和倍頻晶體604。半導(dǎo)體泵浦源 601采用半導(dǎo)體激光器；激光諧振腔603包括Nd = YVO4激光晶體6031、輸出鏡YVO4晶體6032 和連接體YVO4晶體6033 ；倍頻晶體604為PPKTP晶體。倍頻晶體604放置于諧振腔603的腔內(nèi)，其Z軸向的兩個(gè)側(cè)面與諧振腔603分離， 倍頻晶體604和諧振腔603利用膠或焊接等方法共同固定在熱沉(此處未畫出)上。NdiYVO4激光晶體6031的入射面和輸出鏡YVO4晶體6032出射面構(gòu)成激光諧振腔 603，諧振腔603腔面平行度小于等于15秒，諧振腔603的各腔面和倍頻晶體304的通光面 均鍍有相應(yīng)工作波長需要的膜層，此激光諧振腔為平-平腔。半導(dǎo)體泵浦源601發(fā)射激光經(jīng)耦合鏡602整形聚焦后泵浦于NchYVO4晶體6031的 入射面，在激光諧振腔603內(nèi)首先產(chǎn)生基頻光，經(jīng)過PPKTP晶體后變?yōu)楸额l光，經(jīng)過輸出鏡 6032發(fā)射。此處，若半導(dǎo)體泵浦源601的出光質(zhì)量滿足直接泵浦的要求或?qū)︸詈闲室?不高，也可不使用耦合鏡602，而是將半導(dǎo)體泵浦源601產(chǎn)生的泵浦光直接泵浦于NchYVO4 晶體6031的入射面。實(shí)施例6 圖7為本實(shí)用新型所涉及的固體激光器的另一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8 為圖7所涉及的固體激光器的中沿A-A方向剖視圖。如圖所示，所公開的固體激光器為陣列式固體激光器。其中包括泵浦源701、光學(xué)耦合系統(tǒng)702、平-凹激光諧振腔703和倍頻 晶體704。具體進(jìn)行描述，所述平-凹激光諧振腔703由Nd:YAG激光晶體7031、YAG晶體輸 出鏡7032和YAG晶體連接體7033構(gòu)成；倍頻晶體704采用KTP晶體；泵浦源701采用12 個(gè)半導(dǎo)體激光器組成，按照4X3的矩陣模式排列在YOZ面內(nèi)。此外，所述光學(xué)耦合系統(tǒng)702 包含12個(gè)自聚焦透鏡，12個(gè)自聚焦透鏡分別放置于12個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出光路上且與 12束半導(dǎo)體激光一一對應(yīng)。Nd:YAG晶體的入射面和輸出鏡的出射面構(gòu)成12組激光諧振腔， 每組諧振腔均為平_凹腔。具體進(jìn)行描述，所述諧振腔的各個(gè)腔面以及倍頻晶體704的通光面鍍上基頻光和 倍頻光的相應(yīng)膜層，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的12束并行的激光，分別經(jīng)12個(gè)自聚焦透鏡聚焦后 端面泵浦于Nd:YAG晶體7031，形成陣列式多點(diǎn)泵浦，激光諧振腔703內(nèi)首先產(chǎn)生基頻光，基 頻光經(jīng)過KTP倍頻晶體7032后轉(zhuǎn)化為倍頻光經(jīng)過輸出鏡7033的出射面輸出12束倍頻光。所述陣列式固體激光器采用多點(diǎn)泵浦，更好的實(shí)現(xiàn)熱力分散，減小了晶體熱負(fù)載 密度，激光晶體的表面積和體積越大，散熱效果越好，因此在初期制作激光諧振腔時(shí)候即可 采用大尺寸晶體，不再進(jìn)行切割。需要注意的是，雖然上面針對所述激光諧振腔具體描述了本實(shí)用新型的原理以及具體實(shí)施方式
，但是，在本實(shí)用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基 礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本實(shí)用新型的目的，并非用于限制本實(shí)用 新型。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求一種激光諧振腔，包括輸入部件、輸出部件和連接體，所述輸入部件的入射面和輸出部件的出射面互相平行并構(gòu)成使激光振蕩的諧振腔，所述輸入部件和輸出部件的通光面分別鍍制有相應(yīng)波段的膜層，所述連接體通過光學(xué)膠將輸入部件和輸出部件連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光諧振腔，其特征在于，所述輸入部件的入射面和所述輸 出部件的出射面的平行度小于等于15秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于，所述輸入部件為激光晶體，所 述輸出部件為輸出鏡或非線性晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光諧振腔，其特征在于，所述輸入部件為激光晶體，所述輸 出部件為輸出鏡，在所述激光晶體和輸出鏡之間還設(shè)置有非線性晶體，所述非線性晶體固 定在所述連接體上，其通光面和諧振腔的腔面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光諧振腔，其特征在于，所述輸入部件、輸出部件以及連接 體使用相同基質(zhì)或者膨脹系數(shù)相近的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光諧振腔，其特征在于，所述激光晶體選自NchYVO4或 Nd YAG 或 Nd YLF 或 Nd GdVO4。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光諧振腔，其特征在于，所述連接體選自YVO4或YAG或YLF 或GdVO4或硅片或陶瓷片或玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光諧振腔，其特征在于，所述非線性晶體選自PPKTP或 PPLN 或 PPLT 或 LBO 或 BBO 或 BiBO 或 LN 或 KNO3 或 KTA 或 CBO 或 CLBO 或 PPMgOLN 或 KN 或 LiI0
9.一種固體激光器，包括能夠輸出泵浦光的泵浦源，其特征在于，還包括權(quán)利要求1 8任一所述的激光諧振腔，所述泵浦源輸出的泵浦光直接入射到所述諧振腔的入射面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體激光器，其特征在于，還設(shè)置有對所述泵浦光進(jìn)行耦合 的光學(xué)耦合元件，泵浦源、光學(xué)耦合元件、激光諧振腔依次排列在一條直線上，所述泵浦源 輸出的泵浦光經(jīng)過光學(xué)耦合元件的整形和聚焦后入射到所述諧振腔的入射面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體激光器，其特征在于，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光器，所 述光學(xué)耦合元件為耦合鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體激光器，其特征在于，所述泵浦源為矩陣模式排列的 多個(gè)半導(dǎo)體激光器，所述光學(xué)耦合元件為與半導(dǎo)體激光器輸出光路對應(yīng)的多個(gè)自聚焦透^Ml O
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光諧振腔，包括輸入部件、輸出部件和連接體，所述輸入部件的入射面和輸出部件的出射面互相平行并構(gòu)成使激光振蕩的諧振腔，所述輸入部件和輸出部件的通光面分別鍍制有相應(yīng)波段的膜層，所述連接體通過光學(xué)膠將輸入部件和輸出部件連接固定。所述的激光諧振腔的腔鏡平行度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，便于批量化生產(chǎn)，可降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，本實(shí)用新型還公開了一種采用所述激光諧振腔的固體激光器。
文檔編號(hào)H01S3/091GK201726030SQ201020172938
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者張瑛, 畢勇, 鮑光 申請人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司