專利名稱：一種半導體式的固體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器，特別涉及到一種半導體式的固定激光器。
背景技術：
從黑白顯示技術到彩色顯示技術，再到目前的數字高清晰度顯示技術，人類已歷經三次顯示技術革命。那么，誰將掀起下一次顯示技術革命呢？下一代顯示技術的天下可能屬于正在興起的激光顯示技術。正在全球興起的激光全色顯示技術，可以顯示出人眼能識別的顏色種類的90%，從而真實地再現客觀世界的豐富色彩。因此，科學界認為激光全色顯示技術有望帶來“人類視覺史上的下一場革命”。與等離子體、液晶等其它現有的顯示技術相比，激光顯示在亮度和色域方面有著無可比擬的優越性，然而激光顯示器的推廣和應用需要體積小，成本低的紅、綠、藍(RGB) 激光器。現今市場上雖然已有小型紅光和藍光半導體激光器，但綠光半導體激光器離實際使用卻還有相當大的距離。而且，由于現在單管的可見光半導體激光器功率有限，在大屏幕激光顯示應用中也遠遠不夠用。目前常用兩種方法解決，一種就是多只半導體激光器拼結；另一種就是半導體二極管泵浦的固體激光器(簡稱DPSS)。上述兩種方法均有各自的優缺點，DPSS技術可以把泵浦光高效地轉換為綠光，現今常用的非線性晶體有KTP，LBO以及 PPLN所用的激光晶體主要有ND YV04，Nd YAG。目前大多數的DPSS結構請參閱圖1所示，該結構為目前通用腔內倍頻的直腔式結構的半導體激光二極管泵浦固體激光器示意圖。其中廠為半導體激光二極管，它的具體封裝形式主要有TO-CAN，C-mount, Bar條等；為光學整形聚焦系統，它的具體形式可為一到多個透鏡及整形光學元件組合，該系統的好壞往往決定了泵浦效率的大小以及泵浦模式的質量，通常來說，該系統質量越好，其價格也就越高，因此也增加了很大的成本。101為激光晶體，具體形式也有很多，如摻雜晶體與不摻雜晶體的結合體，或不同摻雜濃度的激光晶體組合等；102為倍頻晶體或者更普遍的說為非線性晶體；103為激光器的輸出腔鏡。泵浦光從廠中發出，由于其本身發散非常大，因此通常要經過2、整形聚焦后再進入101激光晶體中，101激光晶體吸收泵浦光后，產生熒光，熒光在激光腔中振蕩形成基頻激光，基頻激光通過102倍頻，最后形成倍頻光從103輸出。其工作過程是半導體激光二極管1通過光學整形聚焦系統2整形聚焦，然后泵浦到塊狀的激光晶體101上，激光晶體101與輸出腔鏡 103構成激光諧振腔。倍頻晶體或非線性晶體102可放在腔內，這就是腔內倍頻，非線性晶體也可放在腔外，這就是腔外倍頻。對于上述結構，雖然技術比較成熟，目前應用也很廣泛， 然而仍然存在很多不盡人意的地方，業界也一直對此進行改善，如對于低功率低成本的激光器，人們現在大都不要光學整形聚焦系統，直接用激光二極管貼面泵浦激光晶體，同時把晶體做成一體化的形式，但是正如上面所說這種方式主要適合作小功率，同時光斑質量受泵浦光斑的影響較大，激光體積仍然較大
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種新型的半導體式的固體激光器。本發明的固體激光器要求可以適用于低功率到高功率所有的激光器，并且要做到光斑模式好、效率高和功耗低。為了達到上述發明目的，本發明提供的技術方案如下
一種半導體式的固體激光器，其特征在于，該固體激光器包括有半導體激光芯片、激光晶體和熱沉，所述的半導體激光芯片緊貼所述的激光晶體放置，二者通光面平行，并在通光方向上兩者連接在一起，連接界面之間鍍有增透膜；所述的半導體激光芯片和激光晶體的一側同時固定在熱沉上并封裝成半導體激光器的形式；在所述的半導體激光器芯片和激光晶體連接位置兩側的外端面鍍有對于半導體泵浦激光波長的高反膜，以使該半導體激光芯片和激光晶體共同構成對于半導體泵浦激光波長的諧振腔；所述激光晶體為波導結構，通光方向兩端均鍍有激光腔膜，構成能輸出另一激光波長的激光諧振腔。本發明的半導體式的固體激光器中，所述的半導體激光芯片和激光晶體均通過焊錫的方式固定連接在熱沉上。本發明的半導體式的固體激光器中，所述的激光晶體的輸出端設有附加光學元件，該附加光學元件與激光晶體一起構成波導結構或小型塊狀結構，在激光晶體的輸入端和附件光學元件的輸出端鍍有激光腔膜。本發明的半導體式的固體激光器中，所述的附加光學元件為可將輸出的激光進行倍頻的非線性晶體。本發明的半導體式的固體激光器中，所述的非線性晶體包括有ΚΤΡ. ΒΒ0, LB0, LN、 PPLN0基于上述技術方案，本發明的半導體式的固體激光器與現有技術中的激光器相比具有如下技術優點
1.在本發明的固體激光器可以適用于低功率到高功率所有的激光器，該固體激光器又包含于半導體激光器中，和現有的DPSS激光器結構上存在較大的差異，外形封裝上可以做到跟半導體激光二極管完全一樣，因此我們將其稱之為半導體式的固體激光器。2.本發明的半導體式的固體激光器一方面可以提高光電轉化效率，同時提高激光器整體性能，而且可以大大減少整個激光器體積，體積最小可作到與半導體激光器一樣。
圖1是現有技術通用的直腔式結構的半導體激光二極管泵浦固體激光器結構示意圖。圖2是本發明半導體式的固體激光器中基頻光的半導體式固體激光器的結構示意圖。圖3是本發明半導體式的固體激光器中倍頻光的半導體式固體激光器的結構示意圖。
具體實施例方式下面我們結合附圖和具體的實施例來對本發明的半導體式的固體激光器做進一步的詳細闡述，以求更為清楚明了地理解本發明的結構特征和應用過程，但不能以此來限制本發明的保護范圍。本發明是一種半導體式的固體激光器，其結構包括有半導體激光芯片、激光晶體芯片及附加光學元件和熱沉。其中，半導體激光芯片與激光晶體芯片縱向上結合在一起，半導體激光芯片發出的激光光束穿過激光晶體芯片。在兩個芯片的外端面鍍上相應于半導體泵浦激光波長的高反膜，使其能夠形成該波長的諧振腔，激光晶體芯片對該泵浦波長的光大量吸收。同時，激光晶體芯片與附件光學元件又構成因吸收泵浦光而產生的激發波長的諧振腔，從而能夠輸出所需要的激光波長。上述的半導體式的固體激光器中，激光晶體芯片被做成波導結構或微型塊狀結構，該波導結構主要用于保持半導體激光模式的一致性。激光晶體芯片與半導體激光芯片的輸出端結合成一體，連結方式可以通過一種物理接觸的方式聯結在一起，兩者之間保持足夠高的平行度。同時通過鍍增透膜的方式，使得激光晶體芯片與半導體激光芯片之間界面對半導體波長的反射率小于1%，在激光晶體芯片的另一端面可以鍍上半導體波長的高反模，以增加其光反饋，共同構成半導體激光器的諧振腔，激光晶體的厚度需要選取適當的厚度，使得通過激光晶體芯片吸收后，半導體激光器的諧振腔仍然能夠保持適當的閾值電流。 我們通過在激光晶體芯片兩端鍍激光腔膜，形成輸出激光器的諧振腔，激光晶體在半導體激光器腔內較均勻的吸收泵浦光，在它本身的激光諧振腔中產生所需要的基頻激光。上述的半導體式的固體激光器中，半導體激光芯片、激光晶體芯片及附加光學元件放置在同一熱沉上，與熱沉通過焊錫的方式進行連接，整個激光器完全封裝成半導體激光器的形式。本發明的半導體式的固體激光器中，半導體激光芯片和激光晶體芯片共同構成半導體激光諧振腔。上述結構可以將半導體激光功率的利用率提升超過95%，同時由于在波導結構以及雙腔重疊的作用下，泵浦光和激光模式匹配程度要高得多，將大大改善激光器的光斑模式。上述的半導體式的固體激光器，激光晶體芯片及附加光學元件為波導結構或小型塊狀結構，與半導體芯片結合成一體，共同構成半導體激光器的諧振腔。激光晶體芯片及附加光學元件兩端鍍膜，形成輸出激光器的諧振腔。附加光學元件可為非線性晶體，通過該非線性晶體，可將輸出的激光進行倍頻。作為附加光學元件的非線性晶體，可以為目前常用的非線性晶體，如ΚΤΡ. BBO，LBO, LN, PPLN等一系列已知或尚未知的類似晶體，主要作用就是對激光波長進行轉換，最后可輸出綠光、藍光等可見光激光。以下是采用本發明專利結構的兩種具體的實施例，分別是發出基頻光和倍頻光， 我們將結合附圖分別做詳細說明。實施例1
本實施例的結構請參閱圖2，由圖可知，該結構是有關本發明的基頻光的半導體式固體激光器。其中熱沉1為半導體激光二極管芯片2的底座，它的具體封裝形式主要有 TO-CAN, C-mount, Bar條等。激光晶體3為波導結構，具體形式也有很多，如摻雜晶體與不摻雜晶體的結合體，或不同摻雜濃度的激光晶體組合等。半導體激光二極管芯片2與激光晶體3之間的界面鍍有激光二極管輸出波長的增透膜，其透射率>98%，該膜層同時對激光晶體3的發射波長高反，其反射率>99%。在激光晶體3的輸出端鍍有對激光二極管輸出波長的高反膜，反射率>95%。對于激光晶體發射波長的反射膜，其透過率根據具體需要來定，通常選定范圍在5% 20%。由于激光晶體3是波導結構，而且半導體激光二極管芯片2與激光晶體3的折射率差也相對較小，半導體激光可在半導體激光二極管芯片2與激光晶體 3中保持模式變化較小，損耗也小，固體激光器在波導的激光晶體3中也能保持較好的模式振蕩，這樣就構成一個半導體式的固體激光器。
實施例2
實施例2的結構請參閱圖3。由圖可知，該結構是有關本發明的倍頻光的半導體式固體激光器。其中，熱沉1為半導體激光二極管芯片2的底座，它的具體封裝形式主要有 TO-CAN, C-mount, Bar條等。激光晶體3為波導結構，具體形式也有很多，如摻雜晶體與不摻雜晶體的結合體，或不同摻雜濃度的激光晶體組合等。標號4為一個非線性晶體，非線性晶體為波導結構，它的具體材料可以在PPLN，ΚΤΡ, PPKTP, LBO, BBO中選擇。半導體激光二極管芯片2與激光晶體3之間的界面鍍有激光二極管輸出波長的增透膜，其透射率>98%，該膜層同時對激光晶體3的發射波長高反，其反射率>99%。在激光晶體3的輸出端鍍有對激光二極管輸出波長的高反膜，反射率>95%。在激光晶體3的輸出端鍍有對激光二極管輸出波長的高反膜，反射率>95%。該膜層還是對倍頻光的高反膜，其反射率>95% ；在非線性晶體 4的輸出端鍍有對激光晶體發射波長反射膜，其反射率>9996，該膜層還是對倍頻光的增透膜，反射率<5%。由于激光晶體3、作為倍頻晶體的非線性晶體4都是波導結構，而且半導體激光二極管芯片2與激光晶體3的折射率差也相對較小，因此，半導體激光可在半導體激光二極管芯片2與激光晶體3中保持模式變化較小，損耗也小，固體激光在波導的激光晶體3 和非線性晶體4中也能保持較好的模式振蕩。通過上述結構設計，就能夠構成一個倍頻光的半導體式的固體激光器。
權利要求
1.一種半導體式的固體激光器，其特征在于，該固體激光器包括有半導體激光芯片、激光晶體和熱沉，所述的半導體激光芯片緊貼所述的激光晶體放置，二者通光面平行，并沿通光方向連接在一起，連接界面之間鍍有增透膜；所述的半導體激光芯片和激光晶體的一側同時固定在熱沉上并封裝成半導體激光器的形式，在所述的半導體激光器芯片和激光晶體連接位置兩側的外端面鍍有對于半導體泵浦激光波長的高反膜，以使該半導體激光芯片和激光晶體共同構成對于半導體泵浦激光波長的諧振腔；所述激光晶體為波導結構，在激光器晶體的通光方向兩端均鍍有激光腔膜，構成能輸出另一激光波長的激光諧振腔。
2.根據權利要求1所述的一種半導體式的固體激光器，其特征在于，所述的半導體激光芯片和激光晶體均通過焊錫的方式固定連接在熱沉上。
3.根據權利要求1所述的一種半導體式的固體激光器，其特征在于，所述的激光晶體的輸出端設有附加光學元件，該附加光學元件與激光晶體一起構成波導結構或小型塊狀結構，在激光晶體的輸入端和附件光學元件的輸出端鍍有激光腔膜。
4.根據權利要求3所述的一種半導體式的固體激光器，其特征在于，所述的附加光學元件為可將輸出的激光進行倍頻的非線性晶體。
5.根據權利要求4所述的一種半導體式的固體激光器，其特征在于，所述的非線性晶體包括有 ΚΤΡ. BBO、LBO、LN、PPLN。
全文摘要
本發明涉及一種半導體式的固體激光器，該固體激光器包括有半導體激光芯片、激光晶體和熱沉，半導體激光芯片緊貼激光晶體放置，二者通光面平行，并在通光方向上連接在一起，連接界面之間鍍有增透膜；半導體激光芯片和激光晶體的一側同時固定在熱沉上并封裝成半導體激光器的形式；在半導體激光器芯片和激光晶體連接位置兩側的外端面鍍有高反膜，以使該半導體激光芯片和激光晶體共同構成對于半導體泵浦激光波長的諧振腔；激光晶體為波導結構，在激光器晶體的通光方向兩端均鍍有激光腔膜，構成能輸出另一激光波長的激光諧振腔。本發明的激光器可提高光電轉化效率和激光器整體性能，還可以大大減少整個激光器體積，體積最小可作到與半導體激光器一樣。
文檔編號H01S3/042GK102324690SQ201110299440
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者馬英俊 申請人:浙江合波光學科技有限公司, 馬英俊