專利名稱：一種半導體泵浦激光器結構的制作方法
技術領域：
本新型涉及一種半導體泵浦激光器結構，特別涉及一種利用光纖耦合泵浦光的微型化半導體泵浦激光器結構。
半導體泵浦的激光器微型化一直是人們興趣重點之一。采用光纖耦合泵浦光已成為一種實用化的技術。人們已采用了利用光纖出光點直接泵浦微片型激光器，參見Microchip Lasers create light insmall spaces(J.J.Zay how ski,《Laser Focus world April》,1996,P73)，該結構主要應用高滲雜的Nd:YAG激光器。采用單模光纖端面直接泵浦有明顯優點，光纖出光點僅幾個μm，它如直接進入激光器增益介質，它的數值孔徑小，對高滲雜激光介質有吸收深度淺點特點，則泵浦點完全在激光腔基模體積中，而且光纖輸出泵浦光在激光介質中泵浦光模場嚴格對稱均勻，回避其它耦合方式令人煩惱泵浦模場不均勻缺點，這樣易產生穩定單模激光輸出；同時由于采用了光纖輸出泵浦使產生泵浦光LD激光器與激光腔分離，這樣一方面可減小激光器體積；最重要的是在微型化激光消除了LD激光器作為最大熱源對微型激光整個激光器升溫而產生激光輸出不輸定因素。對微型激光即使整體制冷，如LD激光器存在其中，必須加大致冷功率，增加散熱片體積而使微型激光體積很難真正實現所需微型化。
如上所示，人們目前這方面工作僅用于Nd:YAG激光器上。在連續泵浦激光器中，微型化激光器最好激光介質是高摻雜的Nd:YVO4，因為它吸收系數大和吸收泵浦光受溫度影響小，或者說它的溫度范圍大得多。
但單模光纖偏振態極易受外界擾動而變化。即使是保偏光纖也不一定能保證偏振方向固定，尤其在微型激光器應用在可活動的場所，彎曲等等形變產生壓力亦可能改變保偏光纖的偏振態，眾所周知，對Nd:YVO4這類雙折射晶體激光介質，其吸收隨泵浦光的偏振方向不同而不同，換句話來講，當光纖受擾動，其泵浦光偏振態將改變，激光器介質吸收也隨之改變，從而使半導體泵浦激光輸出功率處在不穩定狀態。
本新型的目的在于為解決單模光纖輸出泵浦光應用于雙折射晶體類激光介質中而設計一種新型激光器結構。
為了實現上述目的，本新型采用如下結構，由光纖準直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構成耦合系統，其中能將泵浦光準直成平行光的光纖準直器位于激光發生器的發出端，能使平行光泵浦分裂為兩束相互平行且偏振態相互垂直能空間分開o光和e光的雙折射晶體位于光纖準直器的出光端，能使從雙折設晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于雙折射晶體出光端，且僅能接收雙折射晶體的一束光，自聚焦透鏡位于能使同一偏振方向兩束平行泵浦光再聚到同一焦點的位置上。激光振蕩腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔體。
本新型由于對泵浦光采用同偏振處理，則它泵浦到激光介質上泵浦光偏振方向是唯一的，所以無論連續泵浦源光纖怎樣被擾動，它的偏振態怎樣變化，但在泵浦光在激光介質上偏振是唯一，這樣對象Nd:YVO4這類雙折射晶體激光介質，激光介質對泵浦光吸收功率不會因泵浦光偏振改變而產生很大功率跳躍；即使對象Nd:YAG這樣均勻介質激光增質晶體，由于泵浦光在其泵浦點上偏振態是單一，亦會產生單一偏振基輸出，而不會隨泵浦光偏振改變而輸出不同偏振光，這在一些特殊用途激光器中這亦非常重要。
本新型的微型激光器具有體積小，可采用各種激光介質，包括各向同性和各自異性激光增益介質，并成功解決單模光纖輸出偏振態隨機帶來各向異性激光增益產生激光功率隨起伏困境；同時保持了光纖輸出泵浦光隔離了LD激光器作為熱源優點。該結構易產生單頻輸出激光。由于其體積小，易于功率穩定，在測量，儀器指示等其它方面有望有較大的應用。
下面結合實例說明
圖1為本新型光路圖圖2為常用的激光腔結構圖圖3為常用的激光腔結構圖圖4為常用的激光腔結構圖圖5為常用的激光腔結構圖圖6為本新型結構圖本專利光路圖如圖1所示，101為單模光纖準直器，106為帶隔離器的光纖耦合輸出的LD激光器；激光從光纖107進入準直器101,102為雙折射晶體，其作用是將從準直器101輸出隨意偏振的平行光分裂為兩個固定方向相互平行的O光和e光。而且O光和e光實現空間分離，偏振態相互垂直。103為相對泵浦光波長為1/2波片，其光軸與e光偏振方向相對為45°，使e光轉動90°，產生與O光相同偏振方向的光束，或直接加法拉第旋轉片轉動偏振方向90，最終使從雙折設晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光。104為透鏡，它將兩束相互平行相同偏光光泵浦聚焦會聚在同一焦點，并使其聚焦在出激光介質中。105為微式激光器振蕩腔。從104會焦的光進入激光振蕩腔激光增益介質中。
105的激光振蕩腔通常有圖2，圖3，圖4、圖5幾種結構形式。由于激光器諧振結構不是本專利討論重點，這里只是簡單描述一下，圖2為微片式激光器，S1面與S2表相互平行，S1表面鍍在泵浦光高增透膜，同時對激光腔產生的激光波長高反射率膜，而S2面對激光振蕩波長部分反射，部分透射，而201本身則是激光增益介質。這為平一平腔激光器。
圖3中，301為光增質介質，302為信頻晶體，S1∥S2S3∥S4,面相互平行構成激光振蕩腔，S1面面對泵浦光，它對激光振蕩波長高反，S4面對基頻光高反，但對倍頻光增透，S2、S3均對基頻光和倍頻光雙增透頻繁，圖3為平平腔激光器。
圖4中，401為凹面反射鏡，S1面為對泵浦光增透，對基波長高反，402為激光增益介質，403為普通光學玻璃時，S2對基波波長部分透射，構成平凹腔基波波長激光器；當403為一倍頻晶體時，S2則對基波高反，對倍頻光增透，則整個激光腔體產生倍頻光。圖5中，501為激光增益介質，S1面對泵浦光增透，對基波高反，503為平凹反射鏡，當502為倍頻晶體時，S2面對基波高反，對倍頻光增透，從而構成平凹腔倍頻激光振蕩；當502不存在時S2則對基波部分透射，從而構成基波諧振腔。
還有其他種類微型諧振腔，本專利不再敘述。
圖6為本新型機械結構圖，隨不同激光振蕩腔稍有差別。這里僅介紹一種最簡單半導體泵浦的平平腔倍頻激光器結構，如圖6所示。
圖6中，601為準直器，602為金屬基座，603為雙折射晶體，604為波片，605為固定透鏡的金屬基座，608為透鏡(可直接采用0.25自聚焦透鏡，使透鏡表面與增益介質前端面相接觸)，606為激光增質介質，607為倍頻晶體，606與607構成平-平腔微片腔內倍頻激光腔，晶體光學件均直接貼結在金屬基座602上。這樣可構成半導體泵浦腔內倍頻激光器。這個微型激光器較小尺寸可控制在3*3*30左右。圖6結構可單獨作為一個器件，亦可在整個激光腔體加一層外套。但尺寸均很小。
權利要求1．一種半導體泵浦激光器結構，其特征在于是由LD激光器、激光振蕩腔、以及由光纖準直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構成的耦合系統組成，其中能將泵浦光準直成平行光的光纖準直器位于激光發生器的發出端，能使平行光泵浦分裂為兩束相互平行且偏振態相互垂直能空間分開o光和e光的雙折射晶體位于光纖準直器的出光端，能使從雙折設晶體相互垂直的泵浦光變成同一偏振方向相互平行泵浦光的1/2波片位于雙折射晶體出光端，且僅能接收雙折射晶體的一束光，自聚焦透鏡位于能使同一偏振方向兩束平行泵浦光再聚到同一焦點的位置上。
2．根據權利要求1所述的一種半導體泵浦激光器結構，其特征在于激光振蕩腔可采用平平腔、平凹腔、或其它激光腔體。
專利摘要一種半導體泵浦激光器結構,是由LD激光器、激光振蕩腔、以及由光纖準直器、雙折射晶體、1/2波片、自聚焦透鏡構成的耦合系統組成。本新型本微型激光器可采用各種激光介質,包括各向同性和各自異性激光增益介質,并成功解決單模光纖輸出偏振態隨機帶來各向異性激光增益產生激光功率隨起伏困境；同時保持了光纖輸出泵浦光隔離了LD激光器作為熱源優點。由于其體積小,易于功率穩定,在測量,儀器指示等其它方面有望有較大的應用。
文檔編號H01S3/0941GK2453579SQ0024119
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月27日 優先權日2000年11月27日
發明者吳礪, 凌吉武, 李保華, 吳秀榕, 林彤 申請人:福建華科光電有限公司