專利名稱：一種微片激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及微片式激光器。
背景技術(shù)：
短程吸收是激光器實現(xiàn)單縱模運轉(zhuǎn)的方法之一，其是基于消除空間燒孔而采用的 方法。對于駐波腔激光器，激光工作物質(zhì)的一個端面作為泵浦端人射鏡面時，在介質(zhì)有效增 益帶寬內(nèi)，諧振腔內(nèi)所有可能存在的縱模駐波在泵浦端截面上有一個共有的節(jié)點。在離鏡 面很近的區(qū)域內(nèi)，所有腔縱模的駐波波形基本上是空間同相的，因而幾乎都有相同的反轉(zhuǎn) 粒子數(shù)。若泵浦光在此短程內(nèi)被吸收，則具有最高受激發(fā)射截面的縱模首先起振，使反轉(zhuǎn)粒 子數(shù)飽和及增益線下降，這就抑制了其他縱模的振蕩，使激光器運行在單縱模狀態(tài)。一般的單縱模微片激光器因腔長隨溫度變化而改變，容易出現(xiàn)頻率漂移現(xiàn)象。這 要求對整個微片進(jìn)行精確溫控，因而對溫控系統(tǒng)以及微片散熱系統(tǒng)提出了很高的要求。對 于微片激光腔來說，散熱系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)所能達(dá)到的精度都是非常有限的，而且高精度 的散熱系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)是非常昂貴的。美國專利說明書US 7016097利用一種晶體材料NaBi (McvxWxO4)2制作標(biāo)準(zhǔn)具。 由于這種晶體材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)和熱光系數(shù)(dn/dT)可互補，從而可獲得FOM = CTE+(l/n)*(dn/dT)值很小或為零的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具。如當(dāng)χ = 0.25，溫度T = 19°C時， NaBi (Moa75Wa25O4)2晶體的FOM值為零。當(dāng)這種晶體中摻雜濃度χ不同時，其FOM值可在一 定溫度范圍內(nèi)隨溫度做線性變化，獲得FOM值為正、負(fù)或零值的晶體材料。因而使用該材料 制作的標(biāo)準(zhǔn)具在一定溫度范圍內(nèi)對溫度變化不敏感，這將大大有利于其在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng) 用。圖1是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶體的x值與FOM值的關(guān)系曲線圖。可見，25 °C時 NaBi (MoO4) 2 晶體的 FOM 值約為 _2ppm/K ；NaBi (WO4) 2 晶體的 FOM 值約為 5. 5ppm/K。如 果選擇適當(dāng)?shù)募せ铍x子摻雜NaBi (McvxWxO4)2晶體，或?qū)⒓せ铍x子摻雜的NaBi (MoO4)2晶 體與NaBi (WO4)2晶體配合使用，通過晶體自身或兩個晶體間特有的性質(zhì)，將獲得FOM = CTE+(1/n)* (dn/dT)值很小或為零的特性。此類晶體可用于對抗由于微片的溫度變化 而引起的波長漂移，這無疑將獲得波長穩(wěn)定性很高的激光器。其中采用激活離子摻雜 RE:NaBi (McvxWxO4)^0體獲得FOM值很小或為零的方法已申請了專禾lj，可以參見專利申請?zhí)?為 “201010019476. 1” 的中國發(fā)明。該 NaBi (McvxWxO4)2、NaBi (WO4)2 或 NaBi (MoO4)2 晶體的 結(jié)構(gòu)相似，均為四方結(jié)構(gòu)，并均可采用提拉法生長大尺寸、高質(zhì)量的晶體。

實用新型內(nèi)容本實用新型的正是基于這種晶體的特性，提出一種波長高度穩(wěn)定的單縱模激光器 或多縱模激光器，或采用短程吸收法獲得中低功率單縱模輸出且其波長高度穩(wěn)定的單縱模 激光器。本實用新型的技術(shù)方案是[0008]本實用新型的微片激光器，是激光泵浦光源經(jīng)過光學(xué)耦合系統(tǒng)泵浦的微片式激光 腔，該微片激光腔是將RE:NaBi (MoO4)2晶體的激光增益介質(zhì)和NaBi (WO4)2晶體的光學(xué)材料 加工成的微片結(jié)構(gòu)采用膠合、光膠或深化光膠方式粘結(jié)為一體，并在兩個晶體微片的通光 面鍍膜以形成激光腔鏡。其中RE:NaBi (MoO4)2晶體的FOM值為負(fù)值，NaBi (WO4)2晶體的FOM 值為正值(F0M = CTE+(l/n)*(dn/dT)，CTE是熱膨脹系數(shù)，dn/dT是熱光系數(shù))。合理地選 擇兩者的厚度可使兩者的FOM值之和剛好等于零或接近于零。其中的激活離子RE為Nd3+、 Yb3+、Er3+或Cr3+、Cr4+等一類具有激光激活特性的離子?；蛘?，采用RE:NaBi(MOl_xWx04)2晶體微片，其厚度小于短程吸收產(chǎn)生單縱模所 允許的最長厚度，如此，即使泵浦功率加大，亦可實現(xiàn)單縱模輸出。并將其和一定厚度的 NaBi (McvxWxO4) 2晶體微片配合使用。通過選擇合適的χ值，使RENaBi (Mo1^ffxO4) 2晶體微片 和NaBi (McvxWxO4)2晶體微片的FOM均為零或接近于零，從而制作波長高度穩(wěn)定的單縱模激光器?；蛘?，所述的激光增益介質(zhì)為RE = NaBi(WO4)2晶體微片，所述的光學(xué)材料為 NaBi(MoO4)2晶體微片?；蛘?，所述的激光增益介質(zhì)為RE = NaBi(WO4)2晶體微片，所述的光學(xué)材料為 RE NaBi (MoO4) 2 晶體微片。所述的激活離子RE可以是Nd3+、Yb3+、Er3+及Cr3+摻雜對NaBi (MoO4) 2晶體作為激 光增益介質(zhì)，Cr4+摻雜的NaBi (WO4) 2晶體用作被動調(diào)Q元件，且二者的總FOM值亦為零或接 近于零，制作波長穩(wěn)定的脈沖激光器。進(jìn)一步的，利用所述的激光增益介質(zhì)微片、光學(xué)材料微片與KTP，LBO等非線性晶 體微片配合使用，通過調(diào)整激光增益介質(zhì)微片與光學(xué)材料微片的長度比例、X值的大小、晶 體溫度、晶體長度與所述非線性晶體微片的長度比例以及其它的光學(xué)元件來獲得波長穩(wěn)定 性更高的其它結(jié)構(gòu)微片的激光輸出。本實用新型采用如上技術(shù)方案，實現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且溫度控制穩(wěn)定 的波長高度穩(wěn)定的單縱模激光器或多縱模激光器。

圖1是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶體的x值與FOM值的關(guān)系曲線圖；圖2是NaBi (Mo1^ffxO4) 2晶體的溫度t值與FOM值的關(guān)系曲線圖；圖3是本實用新型的第一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型的第二種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的第三種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型的第四種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實用新型的第五種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本實用新型的第六種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進(jìn)一步說明。本實用新型是激光泵浦光源經(jīng)過 學(xué)耦合系統(tǒng)泵浦的微片式激光腔，該微片激
4光腔是采用激活離子摻雜的NaBi (MoO4)2晶體與未摻雜的NaBi (WO4)2晶體配合；或激活 離子摻雜的NaBi (WO4)2晶體與未摻雜的NaBi (MoO4)2晶體配合；或采用摻雜相同激活離 子的NaBi (WO4) 2和NaBi (MoO4) 2晶體配合；或采用激活離子摻雜的NaBi (Mo1^ffxO4) 2和 NaBi(McvxWxO4)2晶體配合使用，加工成的微片結(jié)構(gòu)采用膠合、光膠或深化光膠方式粘結(jié)為 一體，并在兩個晶體微片的通光面鍍膜以形成激光腔鏡，而制作的微片激光器。通過合理 地選擇激活離子摻雜晶體及未摻雜晶體的厚度，使兩者的FOM值之和剛好等于零或接近于 零。由此獲得低溫度敏感系數(shù)的組合結(jié)構(gòu)，制作波長高度穩(wěn)定的單縱模激光器。當(dāng)采用短 程吸收法制作激光器時，各種激活離子摻雜晶體的厚度均小于短程吸收產(chǎn)生單縱模所允許 的最長厚度，從而獲得單縱模運轉(zhuǎn)。參閱圖1和圖2所示是NaBi (McvxWxO4)2晶體的特性曲線圖。由圖可見，25 V時 NaBi (MoO4)2晶體的FOM值約為_2ppm/K ；NaBi (WO4)2晶體的FOM值約為5. 5ppm/K。本實用 新型采用激活離子摻雜的NaBi (MoO4) 2晶體與未摻雜的NaBi (WO4) 2晶體配合使用，通過兩個 晶體間特有的性質(zhì)，從而獲得F0M = CTE+(l/n)*(dn/dT)值很小或為零的特性。并用此晶 體結(jié)構(gòu)制作波長穩(wěn)定性很高的微片激光器。下面以摻雜稀土離子Nd3+的實施例進(jìn)行說明，并通過不同激光晶體材料的比較展 示出本實用新型的優(yōu)勢對于一般的采用Nd = YVO4作為增益介質(zhì)的單縱模激光器，其FOM = 5. 77ppm/°C, 單縱模激光器波長隨溫度的漂移量cU/dT= XXFOM。對于1064nm激光cU/dT =6. lX10_3nm。如果溫度控制精度到0. 01°C，則激光器的輸出波長漂移能夠穩(wěn)定在 6. lXl(T5nm 范圍內(nèi)。而如果采用本實用新型的NchNaBi (MoO4)2晶體與未摻雜的NaBi (WO4)2晶體配合使 用，通過控制兩片晶體的厚度值，使其FOM 0，而且從圖2可以看到FOM隨溫度的變化量大 概為0. 025ppm/°C，因此在同樣的溫度控制精度0. 01°C時，1064nm激光輸出波長漂移能夠 穩(wěn)定在2. 5 X Ι Γηπι范圍內(nèi)，顯然波長穩(wěn)定性提高兩個數(shù)量級。同時，此種晶體結(jié)構(gòu)還可以與KTP等非線性晶體配合使用，KTP等非線性晶體的 FOM—般為正值，我們可以通過改變兩片晶體的厚度來調(diào)節(jié)其FOM值，使其小于0，或者改變 χ值使得FOM值為負(fù)值，或者通過改變晶體溫度使其FOM值為負(fù)值，使其可以用來補償KTP。 這樣我們就可以在不增加其他補償晶體的情況下，通過調(diào)整χ值、晶體溫度、晶體長度與非 線性晶體的長度比例來獲得波長穩(wěn)定性更高的其他波長激光輸出。如圖3所示，301為激光增益介質(zhì)NchNaBi (MoO4)2晶體，其厚度為dl，光軸方向與 晶體表面平行；302為光學(xué)材料NaBi (WO4)2晶體，其厚度為d2，光軸方向亦與表面平行；Sl 面鍍有對泵浦光增透、對振蕩光高反的膜層，S2面鍍有對泵浦光高反、對振蕩光部分透射的 膜層。晶體微片301與晶體微片302通過膠合、光膠或深化光膠結(jié)為一體。如圖4所示，401為激光增益介質(zhì)NchNaBi (WO4)2晶體，其厚度為d3，光軸方向與晶 體表面平行；402為光學(xué)材料NaBi (MoO4)2晶體，其厚度為d4，光軸方向亦與表面平行。如圖5所示，501為激光增益介質(zhì)NchNaBi (WO4)2晶體，其厚度為d5，光軸方向與晶 體表面平行；502亦為激光增益介質(zhì)NchNaBi (MoO4)2晶體，其厚度為d6，光軸方向亦與表面 平行。如圖6所示，601為激光增益介質(zhì)NchNaBi (MoO4)2晶體，其厚度為dl，光軸方向與晶體表面平行；602為被動調(diào)Q晶體Cr4+ = NaBi (WO4)2晶體，其厚度為d2，光軸方向亦與表面 平行。如圖7所示，701為增益介質(zhì)NchNaBi (MoO4)2晶體，其厚度為dl ；702為光學(xué)材料 NaBi (WO4)2晶體，其厚度為d2 ；703為KTP晶體，S3面鍍對泵浦光增透，對基波光、倍頻光高 反的膜，S4面鍍對泵浦光、基波光高反，對倍頻光部分透射的膜層。如圖8所示，801為激光增益介質(zhì)薄片NchNaBi(McvxWxO4)2晶體，其厚度小于 短程吸收產(chǎn)生單縱模所允許的最長厚度，802為未摻雜的NaBi(McvxWxO4)2晶體。且 NdiNaBi (McvxWxO4)2晶體和NaBi (McvxWxO4)2晶體的FOM值均為零或接近于零。從而制作波 長高度穩(wěn)定的單縱模激光器。盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié) 上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種微片激光器，是激光泵浦光源經(jīng)過光學(xué)耦合系統(tǒng)泵浦的微片式激光腔，其特征在于該微片激光腔是將RE:NaBi(MoO4)2晶體的激光增益介質(zhì)和NaBi(WO4)2晶體的光學(xué)材料加工成的微片結(jié)構(gòu)采用膠合、光膠或深化光膠方式粘結(jié)為一體，并在兩個晶體微片的通光面鍍膜以形成激光腔鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶體的激 光增益介質(zhì)可以替代為RE:NaBi (MOl_xWx04)2晶體，所述的NaBi (W04)2晶體的光學(xué)材料可以 替代為 NaBi (MOl_xWx04)2 晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶體的激 光增益介質(zhì)可以替代為RE:NaBi (W04)2晶體，所述的NaBi (W04)2晶體的光學(xué)材料可以替代為 NaBi(Mo04)2 晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的RE:NaBi(Mo04)2晶體的激 光增益介質(zhì)可以替代為RE:NaBi (W04)2晶體，所述的NaBi (W04)2晶體的光學(xué)材料可以替代為 RE:NaBi(Mo04)2 晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的微片激光腔可以插入非線 性晶體微片結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微片激光器，其特征在于所述的非線性晶體微片結(jié)構(gòu)是KTP 微片或LB0微片。
專利摘要本實用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及微片式激光器。本實用新型的微片激光器，是激光泵浦光源經(jīng)過光學(xué)耦合系統(tǒng)泵浦的微片式激光腔，該微片激光腔是將RE:NaBi(MoO4)2晶體的激光增益介質(zhì)和NaBi(WO4)2晶體的光學(xué)材料加工成的微片結(jié)構(gòu)采用膠合、光膠或深化光膠方式粘結(jié)為一體，并在兩個晶體微片的通光面鍍膜以形成激光腔鏡。本實用新型實現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且溫度控制穩(wěn)定的波長高度穩(wěn)定的單縱模激光器或多縱模激光器。
文檔編號H01S3/06GK201674108SQ20102022077
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者凌吉武, 盧秀愛, 吳礪, 賀坤, 陳衛(wèi)民, 陳燕平 申請人:福州高意通訊有限公司