專利名稱：一種被動調(diào)q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技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種被動調(diào)Q激光器。
背景技術(shù)：
相對于經(jīng)常需要高電壓、快速響應(yīng)的電光開關(guān)的主動調(diào)Q激光器，被動調(diào)Q激光器由激光輻射本身來實現(xiàn)Q值變化，因而具有很多優(yōu)勢，例如設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)簡單以及低成本等，因而受到了廣泛的關(guān)注。在被動調(diào)Q激光器中主要利用可飽和吸收體來產(chǎn)生短脈寬、高峰值功率的激光脈沖輸出。可飽和吸收體的主要特性是其對光的吸收的飽和效應(yīng)，表現(xiàn)為其對光的吸收隨著入射光強的增加而下降，透過率增加，最終達到飽和或“漂白”。當(dāng)放置在激光諧振腔內(nèi)時， 可飽和吸收體就產(chǎn)生可變光損耗改變諧振腔的Q值。當(dāng)泵浦源開始泵浦激光介質(zhì)時，可飽和吸收體對激光介質(zhì)發(fā)出的較弱的熒光有強吸收，遠未達到飽和狀態(tài)，此時激光介質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷累積；隨著泵浦源的持續(xù)作用，激光介質(zhì)的熒光發(fā)射變強，可飽和吸收體加速透明，由于吸收飽和作用，激光強度增加更快，吸收體最終完全飽和，諧振腔的損耗處于最低狀態(tài)，而激光介質(zhì)累積的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大大超過此時的閾值，于是激光器輸出一個尖峰脈沖。由于一般可飽和吸收體的飽和過程都發(fā)生在極短的時間內(nèi)，儲存激光上能級的能量迅速釋放，使得輸出激光脈沖具有極高的峰值功率。最早用于被動調(diào)Q的可飽和吸收體主要是各類染料，但是由于染料容易變質(zhì)和有毒等缺點，使用漸少。上個世紀90年代以來，一系列新型被動調(diào)Q可飽和吸收體相繼出現(xiàn)， 基本上取代了染料的地位，并正在努力替代主動調(diào)Q技術(shù)。目前在被動調(diào)Q微片激光器中，最常用的可飽和吸收體是Cr:YAG晶體，通常用于產(chǎn)生1064nm的短脈沖輸出；可以采用Nd: YAG或Nd: YV04作為激光介質(zhì)，如^iyhowski在美國專利 No. 5，394，413 及文獻“Microchip lasers, Optical Materials, vol. 11，pp 255-267 (1999) ”中所介紹的。CrYAG晶體由于其吸收譜，并不適用于產(chǎn)生1. 1 μ m以上波長的激光被動調(diào)Q輸出。1. 5^1. 6 μ m屬于人眼安全光譜，近年來在激光測距，激光雷達與光通信等領(lǐng)域，此波段的脈沖激光器發(fā)展十分迅速。近幾年，人們發(fā)展了很多鈷摻雜的固體材料，作為可飽和吸收體用于實現(xiàn)1.3 1.6μπι被動調(diào)Q脈沖輸出的。相對于以往經(jīng)常用做1. 5 μ m光譜段可飽和吸收體的鈾摻雜的CaF2晶體等材料，鈷摻雜的晶體材料，如鈷摻雜尖晶石具有更大的基態(tài)吸收截面與更小的激發(fā)態(tài)吸收截面，可以實現(xiàn)具有更短脈寬以及更高峰值功率的激光脈沖輸出。相對于電光調(diào)Q與聲光調(diào)Q的主動調(diào)Q技術(shù)，被動調(diào)Q的主要缺點在于由于受到激光輻射本身控制其Q值變化，無法實現(xiàn)外觸發(fā)精確控制Q開關(guān)的打開時間；由于可飽和吸收體飽和時依然有一定的殘余吸收損耗，帶來一定的腔內(nèi)損耗，被動調(diào)Q相對而言無法實現(xiàn)更強的功率輸出與轉(zhuǎn)換效率。
發(fā)明內(nèi)容[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種被動調(diào)Q微片激光器，實現(xiàn)短脈寬、 高峰值功率的激光脈沖輸出，并獲取精確的激光脈沖時間信號。技術(shù)方案一種被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于包括以下部件半導(dǎo)體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質(zhì)；激光介質(zhì)，置于半導(dǎo)體激光器正面作為半導(dǎo)體激光器泵浦對象，產(chǎn)生受激輻射，所述激光介質(zhì)采用摻鉺元素的固態(tài)介質(zhì)；可飽和吸收體，置于激光介質(zhì)之后，部分吸收激光介質(zhì)發(fā)出的受激輻射，用于產(chǎn)生激光脈沖輸出，所述可飽和吸收體采用摻鈷材料的固態(tài)介質(zhì)；耦合光學(xué)系統(tǒng)，將所述半導(dǎo)體激光器所產(chǎn)生的激光束整形并耦合到所述激光介質(zhì)內(nèi)；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質(zhì)與可飽和吸收體位于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡內(nèi)，所述激光介質(zhì)與可飽和吸收體均加工成微片，并貼合在一起組成整體。所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質(zhì)貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質(zhì)表面，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質(zhì)貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡包括三層，從內(nèi)到外分別為在激光介質(zhì)表面的激光高反射膜、貼合在激光高反射膜外的導(dǎo)熱光學(xué)元件、導(dǎo)熱光學(xué)元件外的泵浦光增透膜，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)射激光波長范圍為915nm lOOOnm。所述耦合光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個光學(xué)透鏡。所述激光介質(zhì)，其基質(zhì)材料為磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃中的一種。所述可飽和吸收體其基質(zhì)材料采用MgAl6Oltlt5所述光電二極管采用InGaAs材料的光電二極管，其檢測波長范圍為IOOOnm 1650nmo所述濾光片的兩個表面均鍍有介質(zhì)膜，對激光諧振腔輸出的激光脈沖增透。所述濾光片與激光諧振腔表面成一定角度斜置。有益效果本實用新型的被動調(diào)Q微片激光器通過將激光介質(zhì)與可飽和吸收體做成微片的方法縮短了它們的長度，并將其貼合在一起，加上左右貼合上反射鏡，因此形成的激光諧振腔的長度更短，能產(chǎn)生具有更短脈寬的激光脈沖輸出，將光電二極管集成在激光器內(nèi)，能獲取精確的激光脈沖時間信號。
圖1為本實用新型實施例1示意圖。圖2為本實用新型實施例2示意圖。圖3為本實用新型實施例3示意圖。其中101-半導(dǎo)體激光器，102-聚焦透鏡，103-第一反射鏡，104-第二反射鏡， 105-激光介質(zhì)，106-可飽和吸收體，107-濾光片，108-光電二極管，109-散熱底座，110-底座，111-導(dǎo)熱光學(xué)元件，112-泵浦光增透膜，113-激光高反射膜，209-外殼底座，210-圓形激光器外殼。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖，進一步闡述本實用新型。由于被動調(diào)Q輸出的激光脈沖的時間抖動較大，在被動調(diào)Q激光器的應(yīng)用中，需要一個快速響應(yīng)的光電元件來接收激光脈沖信號，并將其轉(zhuǎn)化為電脈沖信號用于觸發(fā)。實施例1現(xiàn)結(jié)合圖1來說明本實用新型的第一具體實施例。本實施例中采用鈷摻雜的 MgAl6Oltl晶體作為可飽和吸收體，實現(xiàn)1.3 1.6μπι的被動調(diào)Q輸出。采用鉺摻雜激光玻璃、Nd:YAW3、Er:YAG或Nd:KGW作為激光介質(zhì)。鉺摻雜的固體材料被用于產(chǎn)生1. 5 1.6μπι的激光輸出，其中鉺鐿雙摻雜的材料如磷酸鹽玻璃是最經(jīng)常實用的，其中的鐿元素作為敏化粒子，對泵浦具有更大的吸收界面，用于吸收泵浦光，并將能量轉(zhuǎn)移給鉺離子。鈷摻雜尖晶石具有較大的基態(tài)吸收截面與較小的激發(fā)態(tài)吸收截面，可以實現(xiàn)具有更短脈寬以及更高峰值功率的激光脈沖輸出，經(jīng)常與鉺摻雜的固體材料，如phosphate laser glass、YAG、YSGG等一同使用。例如Co = MgAl2O4及Co = MgAl6Oltl已被證實可以實現(xiàn)納秒級的激光脈沖輸出。圖1是本實用新型的實施例1的示意圖。采用的端面泵浦的方式。其中半導(dǎo)體激光器101作為泵浦源，產(chǎn)生泵浦激光束，耦合光學(xué)系統(tǒng)采用聚焦透鏡102，通過聚焦透鏡102 泵浦激光束被匯聚到激光介質(zhì)105內(nèi)。半導(dǎo)體激光器101安裝在散熱底座109上，散熱底座109采用導(dǎo)熱材料，如A1N。激光介質(zhì)105比可飽和吸收體106更靠近半導(dǎo)體激光器101， 激光介質(zhì)105與可飽和吸收體106 —同放置在一個激光諧振腔內(nèi)，此激光諧振腔由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成，二者都是光學(xué)介質(zhì)膜材料。激光介質(zhì)105產(chǎn)生激光增益，可飽和吸收體106產(chǎn)生短脈寬調(diào)Q脈沖輸出。激光介質(zhì)105與可飽和吸收體106膠合在一起組成微片。第一反射鏡103采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質(zhì)105表面上，對半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的激光束具有高透過率，對產(chǎn)生的激光脈沖具有高反射率；第二反射鏡104采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體106表面上，對產(chǎn)生的激光脈沖部分透射。由激光介質(zhì)105、可飽和吸收體106、第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的微片式激光諧振腔，縮短了激光腔長，降低腔損耗，更易于調(diào)節(jié)并實現(xiàn)高泵浦效率。激光介質(zhì)105是鉺摻雜的固體材料，在900 IOOOnm光譜范圍內(nèi)具有較寬的吸收譜，可以實現(xiàn)高效泵浦。根據(jù)由于激光介質(zhì)105對泵浦光的吸收系數(shù)通常隨著波長變化，當(dāng)采用不同的泵浦波長的半導(dǎo)體激光器時，激光介質(zhì)105的厚度也因相應(yīng)改變，以保證吸收足夠能量的泵浦光來轉(zhuǎn)換為激光脈沖輸出。可飽和吸收體106是鈷摻雜的固體材料可以實現(xiàn)1. 3 1. 6 μ m光譜范圍內(nèi)的被動調(diào)Q脈沖輸出。濾光片107用于透過激光脈沖并阻擋被激光介質(zhì)105吸收后殘留的泵浦光。濾光片107的兩個表面都鍍膜對激光脈沖增透，其中至少有一面對泵浦光高反。濾光片107透過了激光脈沖的絕大部分能量，但仍有很小一部分能量被反射。因此濾光片107被相對于第二反射鏡104傾斜放置以避免反射的能量重新進入激光諧振腔，而是被InGaAs材料的光電二極管108接收。如圖1所示，光電二極管108安裝在底座110上。實施例2圖2所展示的是本實用新型的第二具體實施例。在這一實施例中，第一反射鏡 103并不是單一的介質(zhì)膜直接鍍膜在激光介質(zhì)105表面，而是由三部分組成泵浦光增透膜 112、導(dǎo)熱光學(xué)元件111與激光高反射膜113。泵浦光增透膜112對泵浦光增透，而激光高反射膜113對激光脈沖高反。泵浦光增透膜112在導(dǎo)熱光學(xué)元件111表面，導(dǎo)熱光學(xué)元件 111對泵浦光不吸收。第一反射鏡103與激光介質(zhì)105膠合在一起。激光介質(zhì)105、可飽和吸收體106、第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的微片式激光諧振腔，由于諧振腔內(nèi)依然只有激光介質(zhì)105與可飽和吸收體106，并不會改變腔長。半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的泵浦光絕大部分能量在激光介質(zhì)105所吸收，且在靠近第一反射鏡面103的一面。此時，第一反射鏡103的另一個作用是將激光介質(zhì)105內(nèi)由于吸收泵浦光所產(chǎn)生的熱量部分導(dǎo)出，減少其熱負載。相比第一實施例，可以實現(xiàn)更高的泵浦功率與更高重復(fù)頻率激光脈沖輸出，有效降低了激光介質(zhì)105的熱透鏡效應(yīng)，保證了高泵浦功率作用時激光脈沖輸出的穩(wěn)定與光束質(zhì)量的穩(wěn)定。實施例3圖3所展示的是本實用新型的第三具體實施例。其中包含有一個兩端開口的圓形激光器外殼210，圓形激光器外殼210的一端密封安裝了一個外殼底座209。半導(dǎo)體激光器 101安裝于外殼底座209上。聚焦透鏡102匯聚半導(dǎo)體激光器101所產(chǎn)生泵浦光，匯聚到激光介質(zhì)105內(nèi)。激光介質(zhì)105比可飽和吸收體106更靠近半導(dǎo)體激光器101，激光介質(zhì)105 與可飽和吸收體106 —同放置在一個激光諧振腔內(nèi)，此激光諧振腔由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成，二者都是光學(xué)介質(zhì)膜材料。激光介質(zhì)105與可飽和吸收體106與由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的激光諧振腔膠合在一起組成微片，結(jié)構(gòu)與第一實施例相同。濾光片107用于透過激光脈沖并阻擋被激光介質(zhì)105吸收后殘留的泵浦光。濾光片107的兩個表面都鍍膜對激光脈沖增透，其中至少有一面對泵浦光高反。濾光片107透過了激光脈沖的絕大部分能量，但仍有很小一部分能量被反射。濾光片107被相對于第二反射鏡104傾斜放置以避免反射的能量重新進入激光諧振腔，且密封于圓形激光器外殼210的另一個開口端。采用InGaAs材料的光電二極管108安裝于圓形激光器外殼210內(nèi)部用于檢測激光脈沖信號。如圖3所示，被濾光片107所反射的激光脈沖并不是直接被光電二極管108 所接收。由于激光脈沖的峰值功率很高，即使濾光片107所反射的僅是很小一部分能量，仍足以使光電二極管108飽和。因此應(yīng)避免直接入射，而是先入射到圓形激光器外殼210的內(nèi)壁上。圓形激光器外殼210的內(nèi)壁的粗糙面對反射來的激光脈沖產(chǎn)生漫反射，漫反射的激光脈沖能量足夠小，可以被光電二極管108接收而不至于產(chǎn)生飽和。
權(quán)利要求1.一種被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于包括以下部件 半導(dǎo)體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質(zhì)；激光介質(zhì)，置于半導(dǎo)體激光器正面作為半導(dǎo)體激光器泵浦對象，產(chǎn)生受激輻射，所述激光介質(zhì)采用摻鉺元素的固態(tài)介質(zhì)；可飽和吸收體，置于激光介質(zhì)之后，部分吸收激光介質(zhì)發(fā)出的受激輻射，用于產(chǎn)生激光脈沖輸出，所述可飽和吸收體采用摻鈷材料的固態(tài)介質(zhì)；耦合光學(xué)系統(tǒng)，將所述半導(dǎo)體激光器所產(chǎn)生的激光束整形并耦合到所述激光介質(zhì)內(nèi)；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質(zhì)與可飽和吸收體位于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡內(nèi)，所述激光介質(zhì)與可飽和吸收體均加工成微片，并貼合在一起組成整體。
2.如權(quán)利要求1所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質(zhì)貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質(zhì)表面，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。
3.如權(quán)利要求1所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質(zhì)貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡包括三層，從內(nèi)到外分別為在激光介質(zhì)表面的激光高反射膜、貼合在激光高反射膜外的導(dǎo)熱光學(xué)元件、導(dǎo)熱光學(xué)元件外的泵浦光增透膜，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)射激光波長范圍為915nm lOOOnm。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述耦合光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個光學(xué)透鏡。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述激光介質(zhì)，其基質(zhì)材料為磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃中的一種。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述可飽和吸收體其基質(zhì)材料采用MgAl6Oltlt5
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述光電二極管采用InGaAs材料的光電二極管，其檢測波長范圍為IOOOnm 1650nm。
9.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述濾光片的兩個表面均鍍有介質(zhì)膜，對激光諧振腔輸出的激光脈沖增透。
10.如權(quán)利要求1或2或3所述的被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于所述濾光片與激光諧振腔表面成一定角度斜置。
專利摘要本實用新型涉及一種激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。一種被動調(diào)Q微片激光器，其特征在于包括以下部件半導(dǎo)體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質(zhì)；激光介質(zhì)，置于半導(dǎo)體激光器正面，產(chǎn)生受激輻射;可飽和吸收體，置于激光介質(zhì)之后，部分吸收激光介質(zhì)發(fā)出的受激輻射，產(chǎn)生激光脈沖輸出；耦合光學(xué)系統(tǒng)，將所述半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光束整形并耦合到激光介質(zhì)內(nèi)；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質(zhì)與可飽和吸收體位于所述激光諧振腔內(nèi)。本實用新型將激光介質(zhì)與可飽和吸收體組合成一體，有利于產(chǎn)生更短脈寬的激光脈沖輸出。
文檔編號H01S3/06GK202111365SQ20112012315
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者呂超, 張哨峰, 李大汕 申請人:上海高意激光技術(shù)有限公司